SE506538C2 - Akustisk fördämningsanordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 so6 sas 2 och ett stort skuggningsområde för störljud med avseende på den akustiska antennen.

Denna uppgift löses enligt uppfinningen genom de i patent- kravets 1 kännetecknande del nämnda särdragen.

Fördämningsplattan finns mellan väggen och den akustiska antennen och är omgiven av det i omslutningskroppen befintliga vattnet, så att fördämningsplattan är akustiskt kopplad till väggen. Det för pejluppgifter betraktade frekvensområdet ligger så lågt som möjligt för att uppnå stora lokaliseringsräckvidder, exempelvis under 2 kHz. I detta frekvensområde ligger också på grund av böjvågor från väggen utsänt störljud.

Fördämningsplattan påverkar utifrån inkommande nyttoljud på samma sätt som det från väggen utsända störljudet. Eftersom fördämningsplattan är ljudelastisk för låga frekvenser och den från densamma reflekterade vågen har samma belopp men motsatt förtecken skall fördämningsplattans avstånd till den akustiska antennen väljas så stort som möjligt. Det reflekterade ljudet interfererar vid antennen med det inkommande ljudet och kan vid ogynnsamt valt avstånd leda till eliminering av nyttoljudet.

Det störljud, som når genom fördämningsplattan, avtar exponen- tiellt i nivå med ökande avstånd mellan fördämningsplatta och antenn, så att av detta skäl också ett större avstånd skulle vara önskvärt. Å andra sidan är skuggningseffekten av en änd- ligt utsträckt fördämningsplatta större ju mindre avståndet mellan antenn och fördämningsplatta är. Enligt patentkravet 1 anges en dimensioneringsföreskrift, som vid i förväg givet avstånd mellanivägg och akustisk antenn optimerar fördämnings- plattans avstånd. Avståndet väljs på sådant sätt, att nytto/stör- ljudförhållandet har sitt maximum. Fördelen med en med distans till väggen och avstånd till antennen anordnad fördämnings- platta ligger däri, att skuggningsområdet för störljudet är avsevärt större vid inte intimt med väggen förbunden men lika stor fördämningsplatta.

Av utrymmes- och viktskäl minskas fördämningsplattans tvärmått enligt patentkravet 2 till ett minimum. Den undre gränsen för tvärutsträckningen är då vid den genom omslutnings- kroppdimensionerna och avståndet mellan vägg och antenn före- givna skuggningsvinkeln bestämd när det vid antennen vid en oändligt utsträckt fördämningsplatta uppmätta störljudet inte längre har fördubblats vid ändligt utsträckt tvärdimension.

Då är nämligen det utanför fördämningsplattan från väggen ut- 10 15 20 25 30 35 40 5 sne 538 sända störljudet, vilket överförs via vattnet till antennen, just endast så stort som det genom fördämningsplattan till antennen kommande reststörljudet. Nivåminskningen med avseende -på den längre vägen i vattnet är precis lika stor som fördäm- ningsplattans infogningsdämpning med avseende på den kortare vägen. Fördelen med en mellanvägg och akustisk antenn anordnad fördämniggsplatta enligt patentkraven 1 och 2 består däri, att samma skuggningsområde kan uppnås för det från väggen utsända störljudet med en fördämningsplatta med mindre tvärdimension som vid en på väggen fastsatt fördämningsplatta, så att vid samma resonansfrekvens därigenom en viktreducering kan uppnås. Består det kritiska problemet inte i den höga vikten så finns vid bestående vikt möjligheten att öka massan per ytenhet och att minska resonansfrekvensen för fördämningsplattans fjäder-massa- -system. Fördelen består vid en sålunda dimensionerad fördäm- ningsplatta däri, att den över resonansfrekvensen inträdande fördämningen redan uppträder vid låga frekvenser och en för- 'höjning av störljudinflytandet vid resonansfrekvensen är utan betydelse för nyttoljudutvärderingen.

En ytterligare fördel ligger däri, att fördämningsplattan kan göras iordning när som helst efteråt. Vidare är det för- delaktigt, att - vid sidledes på en ubåt anordnad akustisk antenn med omslutningskropp och fördämningsanordning enligt .uppfinningen - ubåtens tryckkropp senare utan demontering är fin: tillgänglig för inspektion.

Fördelen med vidareutvecklingen enligt uppfinningen av den akustiska fördämningsanordningen*enligt patentkrav 3 består däri, att fördämningsplattan inte behöver vara dimensionerad för hög stötbelastning utan att stöten uppfångas via fjädrande element. Detta är möjligt genom att det mellan fördämningsplatta och vägg finns ett därför lämpat fritt utrymme. Med fördel kan för fördämningsplattans massa användas material med ringa hållfasthet och hög vikt, vilka är väsentligt billigare än de tidigare använda materialen.

Fördelen med vidareutvecklingen enligt uppfinningen av den akustiska fördämningsanordningen enligt patentkrav 4 består däri, att fördämningsplattan är tillverkbar separat. Den an- slutande monteringen av den färdiga fördämningsplattan kan utföras enkelt på varvet.

Fördelen med vidareutvecklingen enligt uppfinningen 10 15 20 25 30 35 &0 5o6 sas ~ enligt patentkrav 5 består däri, att inga moder kan utbildas på fördämningsplattan, vilka skulle leda till en ytterligare störljudutsändning.

Den fördelaktiga vidareutvecklingen enligt patentkravet 6 sörjer för att inget vatten kan intränga i fördämningsplattan.

Vid ett välvt utförande av fördämningsplattan enligt patent- kravet 7, vars inre krökning vetter mot antennen, kan man uppnå en geometrisk ökning av skuggningsområdet vid samma stor- lek och samma vikt med avseende på fördämningsplattan.

Eftersom ett fritt utrymme förekommer mellan vägg och för- dämningsplatta erhålls den fördelen att i detta fria utrymme kunna anordna ett ytterligare dämpningsskikt för böjvågor vid själva väggen, vilket skikt minskar vikten av hela den akustiska fördämningsanordningen i vattnet. Ett sådant dämpningsskikt, som alstrar lyftkraft, har föreslagits exempelvis i den tyska patentansökningen P 3820491.6. Med ett sådant ytterligare dämp- ningsskikt påverkas den totala akustiska fördämningsanordningens frekvensförhållanden på sådant sätt, att den inte önskade resonans- förhöjningen hos fjäder-massa-systemet knappast ens gör sig märkbar och en utjämnad frekvenskurva kan erhållas över det av intresse varande frekvensområdet av mycket låga frekvenser.

Fördelen med vidareutvecklingen enligt uppfinningen av den akustiska fördämningsanordningen enligt patentkrav 9 består däri, att ett mellan vägg och fördämningsplatta anordnat absorp- tionsskikt absorberar inkommande ljud även av högre frekvenser, så att inga interferenser kan uppträda vid den akustiska anten- nen mellan av väggen reflekterat ljud och från målet utsänt ljud, eftersom absorptionsskiktet förhindrar reflektioner. Denna egenskap medför fördelen av en maskering av ubåten i förhållande till målet. Samma effekt kan uppnås genom ett på själva för- dämningsplattan anordnat absorptionsskikt, såsom är angivet i patentkrav 10.

Genom den i patentkrav 11 angivna fördelaktiga vidareut- vecklingen reduceras ytterligare ubåtens målmassa, eftersom det reflekterade ljudet eliminerar det direkt inkommande ljudet vid användning exempelvis av en föga komprimerbar skumplast.

Uppfinningen förklaras närmare nedan med hjälp av rit- ningen i form av utföringsexempel på en akustisk fördämnings- anordning, varvid: Fig. 1 visar en ubåt; 10 15 20 25 30 35 40 -5 sne 538 Fig. 2 visar en principskiss över en omslutningskropp med akustisk antenn och fördämningsanordning i genomskärning; Fig. 3 schematiskt visar den avståndsberoende minskningen av störljudet; Fig. 4 visar ett schematiskt diagram över nytto/störljud- förhållandet; och Fig. 5 visar en konstruktiv lösning med en i förhållande till fig. 2 modifierad anordning.

Fig. 1 visar en ubåt, på vars tryckskrov 10 sidledes är anordnat ett akustiskt system 11 med omslutningskropp 12 för lokalisering av ljudsändande mål.

Fig.2 visar i genomskärning det akustiska systemet 11 med dess omslutningskropp 12, vars uppbyggnad är angiven exempel- vis i DE-0S-36ü2747. Ûmslutningskroppen 12 är akustiskt genom- släppig med avseende på nyttoljud, som utsänds från ett mål.

Nyttoljudet mottas av en akustisk antenn 13, som består av en serie av utmed tryckskrovet 10 anordnade hydrofoner.Antennen 13 är anordnad på ett avstånd e till ubåtens tryckskrov 10.

Avståndet e väljsså stort som möjligt, så att störljud, som utsänds av böjvågor från tryckskrovet 10, mottas med minsta möjliga nivå hos antennen 13.

Fig. 3 visar såsom diagram minskningen av störljudnivån i böjvågnärfältet för låga frekvenser med ökande avstånd e från tryckskrovets 10 vägg. Avståndet e är normerat med våglängden AB hos böjvågorna, som leds in i tryckskrovets 10 vägg, Man kan se att störljudnivån från cirka 20% av våglängden ÄB inte längre väsentligt avtar med ökande avstånd e.

Avståndet e för den akustiska antennen 13 i fig. 2 är så valt, att minsta möjliga störljudnívå mottas vid den akustiska antennen 13 under hänsyntagande till ubåtens köregenskaper och därmed omslutningskroppens 12 formgivning. Avståndet e uppgår exempelvis till 30 cm. Detta motsvarar en femtedel av böjvåg- längden AB vid en frekvens av 100 Hz och en väggtjocklek hos tryckskrovet av 2 cm, varvid tryckskrovet är tillverkat av stål.

Mellan antennen 13 och väggen hos tryckskrovet 10 är en enligt fjäder-massa-principen utformad fördämningsplatta 15 anordnad, vilken har ett avstånd a till antennen 13. Fördäm- ningsplattans 15 skärmverkan i förhållande till från väggen utsänt störljud är större ju mindre avståndet a är. Man bör 10 15 20 25 30 35 60 506 538 6 dock ta hänsyn till att fördämningsplattan 15 i det undre frekvensområdet samtidigt är en ljudelastisk reflektor för det utifrån inkommande nyttoljudet. Av detta skäl skulle ett stort avstånd a vara önskvärt. Eftersom fördämningsplattan 15 är ljudelastisk i det undre frekvensområdet reflekteras in- fallande ljud med omvänt förtecken åter och leder till elimine- ring med den direkta ljudsignalen. Genom mätningar av nytto/stör- ljudförhållandet optimeras avståndet a mellan fördämningsplatta 15 och akustisk antenn 13. Fig. 4 visar ett diagram över nytto/ störljudförhållandet S/N i beroende av med böjvåglängden ÄB normerat avstånd a, varvid böjvågornas betraktade frekvens- område och sålunda störljudet här ligger över resonansfrekvensen för fördämningsplattans 15 fjäder-massa-system. Av detta dia- gram ser man att nytto/störljudförhållandet har ett maximum vid ett avstånd a av 0,1 gånger värdet på böjvåglängden ÄB, vilket för det tidigare omnämnda exemplet motsvarar 10-15 cm.

Fördämningsplattans 15 tjocklek bestäms i enlighet med den önskade resonansfrekvensen i beroende av de använda materialen på fackmannamässigt sätt.

Genom fördämningsplattan'15 åstadkommas ett skuggnings- område från antennen 13 till väggen hos tryckskrovet 10, varvid området sträcker sig utmed ubåtens längsgående sida. Med av- seende på tvärdimensionerna karaktäriseras skuggningsområdet av en skuggningsvinkel Q under hänsyntagande till avståndet e vid försummande av böjningseffekter. Skulle man anbringa en för- dämningsplatta 15 direkt på väggen, varvid dess tvärdimen- sion är begränsad genom omslutningskroppen 12, skulle man er- hålla en skuggningsvinkel av 31, såsom åskådliggöra i fig. 2.

För att erhålla samma skuggningsvinkel g1 med en på ett avstånd (e-g) kopplad fördämningsplatta 15 så skulle man vara tvungen att dimensionera fördämningsplattans 15 tvärdimension med qmin.

I omslutningskroppen finns emellertid mer utrymme, så att för- dämningsplattan 15 exempelvis skulle kunna ha en maximal tvär- dimension av qmax, vilket motsvarar en skuggningsvinkel az.

Med en mindre dämpningsplatta 15 åstadkommes alltså ett större skuggningsområde än med en med väggen direkt förbunden fördäm- ningsplatta, så att en viktreducering eller en minskning av resonansfrekvensen hos fördämningsplattan 15 kan uppnås genom koncentrering av massan för varje ytenhet.

Tvärdimensionen q dimensioneras genom att infogningsdämp- 10 15 20 25 17 506 säs ningen för en "oändligt" utsträckt fördämningsplatta mäts“ï det tryckskrovets 10 vägg aktiveras för böjvågor och det av den akustiska antennen 13 mottagna störljudet mäts. Därefter utförs samma försök med flera fördämningsplattor med ändlíg tvärdimension. Den minimala tvärdimensionen erhålles när det av antennen 13 mottagna störljudet inte längre har fördubblats, så att det utanför fördämningsplattan 15 överförda störljudet är lika med det genom fördämningsplattan 15 överförda störljudet.

För målmåttminskningen kan fördämningsplattan 15 erhålla en plastavslutning 16 av okompromerbar skumplast.

En ökning av skuggningsområdet respektive av skuggnings- vinkeln u kan dessutom uppnås genom att fördämningsplattan 15, såsom visas i fig. 5, erhåller en krökt form, varigenom en skuggningsvinkel u3 kan erhållas. En ytterligare åtgärd för minskning av totalvikten hos den akustiska fördämningsanord- ningen samt utjämning av frekvenskurvan uppnås genom att ett böjvågabsorberande dämpningsskikt 19 ansluts till tryckkroppens 1ü vägg, vilket skikt alstrar lyftkraft, såsom är angivet exempelvis i den tyska patentansökningen P 38 20 491.6. Istället för dämpningsskiktet 19 kan också anordnas ett absorptions- skikt för inkommande ljud av högre frekvens.

Antennen 13 fasthålls vid fördämningsplattan 15 via vn fästkonstruktion 20. Fördämningsplattan 15 är med fjädrande element 21,22 via dämpningsskiktet 19 monterad på väggen. Dv fjädrande elementen 21 och 22 är dimensionerade i motsvarighet till förekommande stöt- och svängningsbelastningar, speciellt också chockbelastningar.

Claims (11)

506 558 Patentkrav

1. Akustisk fördämningsanordning för en på ett avstånd till väggen hos en vattenfarkost anordnad akustisk antenn av en eller flera i längsgående riktning på avstånd till väggen anordnade hydrofoner i en med vatten fylld eller av vatten genomfluten omslutningskropp med en fördämningsplatta i form av ett fjäder-massa-system för avskärmnigg av störljud, som utsänts från väggen på grund av inpräglade böjvågor eller vibrationer, k ä n n e t e c k n a d därav, att fördämnings- plattan (15) är anordnad på ett avstånd (a) mellan vägg och akustisk antenn (13) och att avståndet (a) är inställbart i beroende av vid antennen (13) uppmätt nytto/störljudförhållande (N/5).

2. Akustisk fördämningsanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att tvärutsträckningen (q) för uppdämningsplattan (15) vid valt avstånd (a) åtminstone är så dimensionerat, att det från väggen utanför fördämnings- plattan (15) utsända och genom vattnet till antennen (13) över- förda störljudet nivåmässigt är lika med eller mindre än det genom uppdämningsplattan (15) överförda störljudet vid antennen (15).

3. Akustisk fördämningsanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att fördämningsplattan (15) via fjädrande element (21, 22) är fäst vid väggen.

4. A. Akustisk fördämningsanordning enligt kravet 2,- k ä n n e t e c k n a d därav, att fördämníngsplattan (15) är utformad av en elastisk plast med metall- eller metallege- ringsinlagringar med stora vikter och föga hållfasthet.

5. Akustisk fördämningsanordning enligt något av kraven 1-A, k ä n n e t e c k n a d därav, att fördämningsplattans (15) är utformad såsom kompositsystem.

6. Akustisk fördämningsanordning enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att fördämningsplattan (15) är gjuten med polyuretan.

7. Akustisk fördämningsanordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att fördämningsplattan (15) är utformad krökt mot antennen (13).

8. Akustisk fördämningsanordning enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d därav, att mellan vägg och fördäm- ningsplatta (15) är anordnat ett med väggen intimt förbundet, 9 1 sne 538 lyftkraft alstrande dämpningsskikt (19) för skrovljud.

9. Akustisk fördämningsanordning enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t~e c k n a d därav, att mellan vägg och Färdämningsplatta (15) finns ett på väggen applicerat absorp- tionsskikt för inkommande ljud av högre frekvens.

10. Akustisk Fördämningsanordning enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d därav, att på fördämningsplattan (15) är fäst ett absorptionsskikt För inkommande ljud av högre frekvens.

11.Akustisk fördämningsanordning enligt något av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a d därav, att fördämningsplattan (15) eller dämpningsskiktet (19) eller absorptionsskiktet åt- minstone i sin tvärutsträckning har en ljudelastiskt reflekterande plastavslutning (16).