RU147370U1

RU147370U1 - SECTION OF MULTI-ELEMENT HYDROACOUSTIC ANTENNA

Info

Publication number: RU147370U1
Application number: RU2014128907/28U
Authority: RU
Inventors: Олег Николаевич Дудаков; Анатолий Сергеевич Мудрецов; Елена Анатольевна Апухтина; Алексей Владимирович Песоцкий; Алексей Михайлович Криницкий; Георгий Давыдович Гришман; Оксана Борисовна Ступак
Original assignee: Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор"
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2014-11-10

Abstract

Секция многоэлементной гидроакустической антенны, содержащая ряд пьезоэлектрических стержневых преобразователей с круглыми передними накладками, установленных в отверстиях общей пластины через резиновые развязки в виде колец, при этом на наружную поверхность общей пластины адгезионно нанесён слой полимера, и все пьезоэлектрические стержневые преобразователи заключены в кожух, герметично соединённый с общей пластиной и образующий с ней единый герметический корпус, отличающаяся тем, что общая пластина имеет форму сегмента цилиндрической поверхности, в секцию многоэлементной гидроакустической антенны введены n рядов пьезоэлектрических стержневых преобразователей, конструктивно подобных первому, пьезоэлектрические стержневые преобразователи чётных и нечётных рядов смещены относительно друг друга на половину углового шага Δφ, где Δφ угловой шаг между пьезоэлектрическими стержневыми преобразователями в каждом ряду, при этом расстояние между краями отверстий в каждом ряду и между соседними рядами стержневых пьезоэлектрических преобразователей выбирается минимально возможным, а электрические выводы от секции многоэлементной гидроакустической антенны расположены в тыльной части секции.A multi-element hydroacoustic antenna section containing a series of piezoelectric rod transducers with round front plates installed in the holes of the common plate through rubber interchanges in the form of rings, with a polymer layer adhering to the outer surface of the common plate, and all piezoelectric rod transducers enclosed in a casing, hermetically connected with a common plate and forming a single hermetic housing with it, characterized in that the common plate has the shape of a cylindrical segment n surface of the multi-element hydroacoustic antenna, n rows of piezoelectric rod transducers, structurally similar to the first, are introduced, the piezoelectric rod transducers of even and odd rows are offset relative to each other by half the angular pitch Δφ, where Δφ is the angular pitch between the piezoelectric rod transducers in each row the distance between the edges of the holes in each row and between adjacent rows of rod piezoelectric transducers is selected minimum possible, and the electrical leads from the section of the multi-element sonar antenna are located in the rear of the section.

Description

Полезная модель относится к области гидроакустики, а именно, к конструированию многоэлементных цилиндрических антенн гидроакустических комплексов подводных лодок и надводных кораблей.The utility model relates to the field of hydroacoustics, namely, to the design of multi-element cylindrical antennas of hydroacoustic complexes of submarines and surface ships.

Антенны гидроакустических комплексов подводных лодок, предназначенные для работы в режимах излучения и приема, состоят из большого количества преобразователей, к каждому из которых подводятся кабели электрических коммуникаций [1].Antennas of submarine sonar systems, designed to operate in radiation and reception modes, consist of a large number of transducers, each of which is supplied with electric communications cables [1].

Наиболее близкой по совокупности признаков к предлагаемой полезной модели является секция гидроакустической антенны, описанная в [2]. Секция содержит один ряд пьезоэлектрических стержневых преобразователей, передние накладки которых установлены в отверстиях плоской пластины и герметично скреплены с ней через резиновые развязки. На наружной поверхности передних накладок и на поверхности общей пластины адгезионно нанесен слой полимера. Все пьезоэлектрические стержневые преобразователи заключены в кожух, герметично соединенный с общей пластиной и образующий с ней единый герметический корпус.The closest set of features to the proposed utility model is the section of the hydroacoustic antenna described in [2]. The section contains one row of piezoelectric rod transducers, the front plates of which are installed in the holes of the flat plate and hermetically fastened to it through rubber decouples. A polymer layer is adhesively applied on the outer surface of the front pads and on the surface of the common plate. All piezoelectric rod transducers are enclosed in a casing hermetically connected to a common plate and forming a single hermetic casing with it.

Конструкция такой секции при использовании ее в цилиндрической антенне, имеет ряд существенных недостатков, а именно:The design of such a section when used in a cylindrical antenna has a number of significant drawbacks, namely:

- в цилиндрических антеннах такие секции могут располагаться только вдоль образующей поверхности цилиндра, при этом расстояния I между центрами преобразователей вдоль направляющей цилиндра, расположенных в соседних секциях, будет равно сумме диаметра d наружной накладки преобразователя, удвоенной толщине Δ кожуха, удвоенной толщине зазора ε между накладкой преобразователя и кожухом, технологического зазора δ между секциями, т.е.- in cylindrical antennas, such sections can be located only along the generatrix of the cylinder, and the distances I between the centers of the transducers along the cylinder guide located in adjacent sections will be equal to the sum of the diameter d of the outer cover of the converter, twice the thickness Δ of the casing, double the thickness of the gap ε between the cover transducer and casing, technological gap δ between sections, i.e.

I≈d+2(Δ+ε)+δI≈d + 2 (Δ + ε) + δ

Из соображений обеспечения достаточно малых уровней бокового поля в плоскости направляющей цилиндрической поверхности антенны, расстояние I между центрами преобразователей в антенне должно выбираться в пределах I≤(0,5÷0,65)λ, где λ - длина звуковой волны в воде. Для обеспечения удовлетворительной нагрузки преобразователя со стороны среды и уменьшения взаимного влияния преобразователей в антенне значение диаметра наружной накладки преобразователя выбирается обычно в пределах d≤(0,4÷0,6)λ, а толщина кожуха определяется из условий обеспечения прочности конструкции при заданных значениях рабочего гидростатического давления. Поэтому, особенно для секций, работающих на частотах выше 15÷20 кГц при гидростатических давлениях выше 1÷2 МПа, относительный вклад толщины кожуха и зазоров в значении волнового расстояния между преобразователями I, расположенных вдоль направляющей цилиндра, увеличивается, и требование

может стать невыполнимым.For reasons of ensuring sufficiently small levels of the lateral field in the plane of the guide cylindrical surface of the antenna, the distance I between the centers of the transducers in the antenna should be chosen within I≤ (0.5 ÷ 0.65) λ, where λ is the sound wavelength in water. To ensure a satisfactory load of the converter from the medium side and to reduce the mutual influence of the converters in the antenna, the value of the diameter of the outer lining of the converter is usually selected within d≤ (0.4 ÷ 0.6) λ, and the casing thickness is determined from the conditions for ensuring the structural strength at specified operating values hydrostatic pressure. Therefore, especially for sections operating at frequencies above 15–20 kHz with hydrostatic pressures above 1–2 MPa, the relative contribution of the thickness of the casing and the gaps in the value of the wave distance between the transducers I located along the cylinder guide increases and the requirement

may become impossible.

- при использовании секций в цилиндрических антеннах, формирующих характеристику направленности (ХН) некомпенсированным цилиндрическим сектором [1], в котором преобразователи (или группы преобразователей), расположенные вдоль направляющих цилиндра включаются параллельно (или последовательно), существенно увеличивается количество электрических выводов по сравнению с необходимым, в пределе - в n раз, где n - количество секций в секторе, формирующем характеристику направленности.- when using sections in cylindrical antennas that form the directivity (XI) characteristic by an uncompensated cylindrical sector [1], in which the transducers (or groups of transducers) located along the cylinder guides are connected in parallel (or in series), the number of electrical leads is significantly increased compared to the necessary , in the limit - n times, where n is the number of sections in the sector forming the directivity characteristic.

Техническим результатом настоящей полезной модели является создание цилиндрической гидроакустической антенны со стержневыми пьезоэлектрическими преобразователями, позволяющей реализовать высокое значение коэффициента концентрации и малые уровни бокового поля в плоскостях образующей и направляющей.The technical result of this utility model is the creation of a cylindrical hydroacoustic antenna with rod piezoelectric transducers, which allows to realize a high concentration coefficient and low levels of the side field in the planes of the generatrix and guide.

Для достижения указанного технического результата в известной секции, содержащей ряд пьезоэлектрических стержневых преобразователей с круглыми передними накладками, установленными в отверстиях общей пластины через резиновые развязки в виде колец, при этом на наружную поверхность общей пластины адгезионно нанесен слой полимера, и все пьезоэлектрические стержневые преобразователи заключены в кожух, герметично соединенный с общей пластиной и образующий с ней единый герметический корпус, введены новые признаки, а именно:To achieve the specified technical result, in a known section containing a series of piezoelectric rod transducers with round front plates installed in the holes of the common plate through rubber decouples in the form of rings, a polymer layer is adhesively applied to the outer surface of the common plate, and all piezoelectric rod transducers are enclosed in a casing sealed to the common plate and forming a single sealed enclosure with it, new features are introduced, namely:

- общая пластина имеет форму сегмента цилиндрической поверхности;- the common plate has the shape of a segment of a cylindrical surface;

- в секции многоэлементной гидроакустической антенны введены n рядов пьезоэлектрических преобразователей, конструктивно подобных первому;- n rows of piezoelectric transducers structurally similar to the first are introduced into the section of a multi-element hydroacoustic antenna;

- пьезоэлектрическое преобразователи четных и нечетных рядов смещены относительно друг друга на половину углового шага Δφ, где Δφ - угловой шаг между стержневыми преобразователями в каждом ряду, при этом расстояния между краями отверстий в каждом ряду и между соседними рядами стержневых преобразователей выбирается минимально возможным;- the piezoelectric transducers of the even and odd rows are offset relative to each other by half the angular pitch Δφ, where Δφ is the angular pitch between the rod transducers in each row, while the distance between the edges of the holes in each row and between adjacent rows of the rod transducers is selected as minimally possible;

- электрические выводы от секции многоэлементной гидроакустической антенны расположены в тыльной части секции.- electrical leads from the multi-unit sonar antenna are located in the rear of the section.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, 2, 3, при этом на фиг. 1, изображен пример конструктивного выполнения заявляемой секции многоэлементной гидроакустической антенны, на фиг. 2 более подробно в разрезе представлена конструкция пьезоэлектрических стержневых преобразователей и элементы его соединения с корпусом секции, на фиг 3 приведены ХН компенсированной секции в горизонтальной плоскости.The essence of the utility model is illustrated in FIG. 1, 2, 3, while in FIG. 1, an example of a structural embodiment of the inventive section of a multi-element sonar antenna is shown, FIG. 2 shows in more detail a sectional view of the structure of piezoelectric rod transducers and elements of its connection with the section housing; FIG. 3 shows the compensated section XN in a horizontal plane.

Как показано на фиг. 1 и фиг. 2 заявленная секция многоэлементной гидроакустической антенны содержит два ряда (в общем случае n рядов) пьезоэлектрических стержневых преобразователей 1, передние накладки 2 которых установлены в отверстиях общей пластины 3, имеющей форму сегмента цилиндрической поверхности, через резиновые развязки 4. На наружную поверхность общей пластины адгезионно нанесен слой полимера. Все пьезоэлектрические стержневые преобразователи заключены в кожух, герметично соединенный с общей пластиной, и образующий с ней единый герметический корпус 5. Электрические выводы 6 от секции многоэлементной гидроакустической антенны расположены в тыльной части секции.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the claimed section of a multi-element hydroacoustic antenna contains two rows (generally n rows) of piezoelectric rod transducers 1, the front plates 2 of which are installed in the holes of the common plate 3, which has the shape of a segment of a cylindrical surface, through rubber decouples 4. On the outer surface of the common plate is adhesively applied polymer layer. All piezoelectric rod transducers are enclosed in a casing, hermetically connected to a common plate, and forming a single hermetic casing 5. Electrical leads 6 from the multi-element sonar antenna are located in the rear of the section.

Преобразователи первого А и второго Б рядов смещены относительно друг друга на половину углового шага Δφ°, причем угловой шаг Δφ° между пьезоэлектрическими стержневыми преобразователями в каждом ряду одинаков. Смещение преобразователей относительно друг друга позволяет увеличить плотность наполнения секции преобразователями (уменьшить расстояние между рядами) и улучшить акустические характеристики секции (снизить боковое поле в горизонтальной плоскости и увеличить коэффициент концентрации).The transducers of the first A and second B rows are offset relative to each other by half the angular pitch Δφ °, and the angular pitch Δφ ° between the piezoelectric rod transducers in each row is the same. The offset of the transducers relative to each other allows to increase the filling density of the section with transducers (to reduce the distance between the rows) and to improve the acoustic characteristics of the section (to reduce the lateral field in the horizontal plane and increase the concentration coefficient).

На фиг. 3 приведены ХН компенсированной секции в плоскости направляющей для секции, состоящей из двух рядов преобразователей, при линейном расстоянии между точками пересечения осей соседних стержневых пьезоэлектрических преобразователей внутри каждого ряда с наружной поверхностью общей пластины d_n=0.72λ, и расстоянием между рядами d₀=0.5λ.In FIG. Figure 3 shows the compensated section XI in the guide plane for a section consisting of two rows of transducers, with a linear distance between the points of intersection of the axes of adjacent rod piezoelectric transducers inside each row with the outer surface of the common plate d _n = 0.72λ, and the row distance d ₀ = 0.5 λ.

Кривая 7 - при смещении преобразователей второго ряда относительно первого на Δφ°/2, кривая 8 без смещения преобразователей второго ряда относительно первого. Как видно из фиг. 3 смещение преобразователей второго ряда относительно первого приводит к снижению бокового поля в горизонтальной плоскости на 15-20 дБ и увеличивает коэффициент концентрации на 20-22%.Curve 7 - when the converters of the second row relative to the first by Δφ ° / 2, curve 8 without the displacement of the converters of the second row relative to the first. As can be seen from FIG. 3, the shift of the converters of the second row relative to the first leads to a decrease in the lateral field in the horizontal plane by 15-20 dB and increases the concentration coefficient by 20-22%.

Работа секции в составе антенны осуществляется следующим образом: в режиме излучения электрические сигналы поступают на кабели каждой секции, затем через жгуты проводов на стержневые пьезоэлектрические преобразователи, которые возбуждаются и излучают требуемые акустические сигналы в среду с рабочей поверхности передних накладок. В режиме приема акустический сигнал из среды принимается пьезоэлектрическими стержневыми преобразователями, в результате чего, на их электрических выводах появляются электрические сигналы, передаваемые по описанной системе проводов и кабелей к приемным устройствам на борту носителя.The operation of the section as part of the antenna is carried out as follows: in the radiation mode, electrical signals are fed to the cables of each section, then through the wire harnesses to the rod piezoelectric transducers, which are excited and emit the required acoustic signals to the environment from the working surface of the front plates. In the receiving mode, an acoustic signal from the medium is received by piezoelectric rod transducers, as a result of which, electrical signals appear on their electrical terminals, transmitted through the described system of wires and cables to the receiving devices on board the carrier.

Цилиндрические антенны, набранные из заявленных секций, при работе некомпенсированным цилиндрическим сектором, обеспечивают минимальное количество электрических выводов, высокий коэффициент заполнения антенны преобразователями, тем самым увеличивая излучаемую мощность в режиме излучения при заданных габаритах антенны.Cylindrical antennas, recruited from the declared sections, when operating with an uncompensated cylindrical sector, provide a minimum number of electrical leads, a high antenna fill factor with converters, thereby increasing the radiated power in the radiation mode for given antenna dimensions.

Предлагаемая секция многоэлементной гидроакустической антенны представляет собой законченный конструктивный узел, который перед установкой в антенну проходит все необходимые испытания, начиная от проверки электроакустических параметров, заканчивая испытаниями на гидроакустическое давление, после чего секция монтируется на несущую конструкцию антенны.The proposed section of a multi-element hydroacoustic antenna is a complete structural unit that, before being installed in the antenna, undergoes all the necessary tests, from checking electro-acoustic parameters to testing for hydro-acoustic pressure, after which the section is mounted on the supporting structure of the antenna.

Секция многоэлементной гидроакустической антенны технологична в изготовлении и может служить основой для разработки гидроакустических антенн различного назначения.The multi-element sonar antenna section is technologically advanced to manufacture and can serve as the basis for the development of sonar antennas for various purposes.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Л.: Судостроение, 1984.1. Smaryshev M.D., Dobrovolsky Yu.Yu. Hydroacoustic antennas. L .: Shipbuilding, 1984.

2. Патент РФ на полезную модель №188662. RF patent for utility model No. 18866

Claims

A multi-element hydroacoustic antenna section containing a series of piezoelectric rod transducers with round front plates installed in the holes of the common plate through rubber interchanges in the form of rings, with a polymer layer adhering to the outer surface of the common plate, and all piezoelectric rod transducers enclosed in a casing, hermetically connected with a common plate and forming a single hermetic housing with it, characterized in that the common plate has the shape of a cylindrical segment n surface of the multi-element hydroacoustic antenna, n rows of piezoelectric rod transducers, structurally similar to the first, are introduced, the piezoelectric rod transducers of even and odd rows are offset relative to each other by half the angular pitch Δφ, where Δφ is the angular pitch between the piezoelectric rod transducers in each row the distance between the edges of the holes in each row and between adjacent rows of rod piezoelectric transducers is selected minimum possible, and the electrical leads from the section of the multi-element sonar antenna are located in the rear of the section.