UA121721C2 - Глибоководний звуковідбиваючий екран - Google Patents

Abstract

Винахід належить до галузі морського озброєння, зокрема до гідроакустики, і може бути використаний, наприклад, в глибоководних гідроакустичних станціях. Глибоководний звуковідбиваючий екран виконаний у вигляді решітки, усередині якої розміщено порожнисті сферичні оболонки. На кожній порожнистій сферичній оболонці виконаний отвір. Радіус сферичної оболонки та радіус отвору визначаються виразом , , де - радіус отвору, - довжина звукової хвилі у водному середовищі на робочій частоті, а відстань між центрами сусідніх сферичних оболонок, відповідно, по вертикалі і горизонталі, не перевищує величину λ/π. Технічним результатом винаходу є забезпечення збільшення глибини використання глибоководного звуковідбиваючого екрана.

Description

Винахід належить до галузі морського озброєння, зокрема до гідроакустики, і може бути використаний, наприклад, в глибоководних гідроакустичних станціях.

Відомі підводні звуковідбиваючі екрани з пористих гумових сполучень.

Найбільше поширення знайшли пористі гуми з замкнутими порами марок 100-87 та 51-1415

ПЇ. Недоліком таких екранів є те, що вони працюють при досить невеликих значеннях гідроакустичного тиску: звуковідбиваючі екрани з гуми марки 100-87 працюють при гідроакустичному тиску до 0,7

МПа; звуковідбиваючі екрани з гуми марки 51-1415 працюють при гідроакустичному тиску до З

МПа.

Такі значення гідроакустичного тиску обмежують максимальну глибину занурення звуковідбиваючих екранів, що виготовлені з вказаних матеріалів.

Як підводні звуковідбиваючі екрани також застосовуються газонаповнені пластмаси - пінопласти (1|Ї. Застосування їх обумовлено малим, у порівняні з водним середовищем, хвильовим опором та більш високою, ніж у гум, границею міцності при стисканні. Найбільш поширені пінопласти марок: пінопласт ППУ-10 ТУ-05-221-155-82; підводні звуковідбиваючі екрани, що виготовлені з них, працюють при гідроакустичному тиску до 28 МПа; пінопласт ППУ-3 ОСТ 4 ГО.054.066; підводні звуковідбиваючі екрани, що виготовлені з них, працюють при гідроакустичному тиску до 30 МПа.

Недоліком пінопластових підводних звуковідбиваючих екранів також є обмеження робочого гідроакустичному тиску, і, відповідно, обмеження максимальної робочої глибини.

Відомі металеві підводні звуковідбиваючі екрани (2), які по своїй суті є резонансними екранами, в яких використовується згинальний резонанс пластин. Екран являє собою решітку з герметичних елементів, що заповнені повітрям. Кожний заповнений повітрям елемент виконаний у вигляді оболонки, що складається з двох пластин, закріплених по контуру на опорі у вигляді пустотілого циліндра. Такий екран відзначається значною стійкістю пластин до дії гідроакустичного тиску. Максимальна робоча глибина такого підводного звуковідбиваючого екрана обмежена і становить величину до 700 метрів.

Зо Відомий металевий підводний звуковідбиваючий екран |ІЗ|, що містить набір тонкостінних герметичних металевих трубок зі звукопрозорими стінками, що заповнені повітрям. Діаметр кожної з трубок та товщина їх стінок вибирається, виходячи з заданої величини руйнівного (критичного) гідростатичного тиску Ре з наступної нерівності:

Ге Дік де Е - модуль Юнга матеріалу трубки; а. товщина стінки трубки; Кк. внутрішній радіус трубки.

Принцип роботи такого екрана полягає у тому, що падаюча звукова хвиля відбивається не від металевих стінок, а від внутрішнього, заповненого повітрям, об'єму трубок. При цьому необхідною умовою є забезпечення звукопрозорості стінок трубки, що досягається застосуванням тонкостінних трубок. Остання обставина знаходиться у протиріччі з необхідністю збільшення товщини стінок трубок для забезпечення міцності при дії підвищеного гідроакустичного тиску із збільшенням глибини. Недолік такого екрана полягає у тому, що не завжди можливо забезпечити одночасно високу міцність трубок та достатню звукопрозорість їх стінок.

Відомий також звуковідбиваючий екран |4Ї, який складається з металевого листа або пластини. Такий екран відбиває максимум звукової енергії при його товщині, рівній чверті довжини хвилі у металі при робочій частоті (5), та може працювати на будь-яких глибинах

Світого океану. Недолік такого екрана полягає у тому, що він є громіздким та важким, особливо конструкції для використання на низьких частотах.

Найбільш близьким технічним рішенням як за суттю, так і за задачею, що вирішується, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), є підводний звуковідбиваючий екран |бЄЇ, виконаний у вигляді решітки, елементами якої служать заповнені повітрям металеві сферичні оболонки.

Така форма оболонок екрана є силовою та забезпечує його роботу на глибинах до 700 м. Проте використання його на більших глибинах обмежується міцністю сферичних оболонок. У випадку зміцнення сферичних оболонок за рахунок збільшення їх товщини погіршуються відбиваючі властивості таких оболонок. До недоліків відомого підводного звуковідбиваючого екрана,

вибраного за найближчий аналог (прототип), належить обмеження максимальних робочих глибин.

В основу винаходу поставлено задачу шляхом виконання глибоководного звуковідбиваючого екрана у вигляді набору пустотілих сферичних оболонок, у кожній з яких виконано отвір, і заповнення оболонки робочим середовищем, наприклад морською водою, підвищити максимальну робочу глибину використання глибоководного звуковідбиваючого екрана і тим самим підвищити ефективність використання глибоководних гідроакустичних станцій в цілому. Таке виконання глибоководного звуковідбиваючого екрана дозволяє спростити його конструкцію, технологію виготовлення, зменшити масу та забезпечити можливість використання глибоководного звуковідбиваючого екрана на будь-яких глибинах Світового океану.

Суть технічного рішення в глибоководному звуковідбиваючому екрані, що виконаний у вигляді решітки, всередині якої розміщено набір порожнистих сферичних оболонок, розміщених у площині зазначеної решітки з однаковою відстанню між собою відносно центрів оболонок, при цьому порожнисті сферичні оболонки розміщено у площині решітки осесиметрично її вертикальної і горизонтальної осей полягає в тому, що на кожній порожнистій сферичній оболонці виконаний отвір, при цьому радіус сферичної оболонки К та радіус отвору

К- 1 дх визначаються виразом 2л ; Кк де 7" - радіус отвору, А. довжина звукової хвилі у водному середовищі на робочій частоті. Суть винаходу полягає і в тому, що відстань І між центрами сусідніх сферичних оболонок, відповідно, по вертикалі і горизонталі, не перевищує величину ЛІл,

Рішення технічної задачі підвищення максимальної робочої глибини глибоководного звуковідбиваючого екрана, що заявляється, дійсно можливе за такими фізичними причинами.

Крізь отвір внутрішня порожнина кожної сферичної оболонки глибоководного звуковідбиваючого екрана знаходиться під впливом процесів стискування та розрідження і тиск у ній змінюється відповідно до зміни гідростатичного тиску навколишнього середовища в залежності від зміни глибини. Безпосередньо у отворі тиск весь час залишається рівним зовнішньому гідростатичному тиску. З огляду на малу площу отвору коливальна швидкість води у ньому більша у порівнянні з коливальною швидкістю сферичної оболонки. Таким чином, кожна

Зо порожниста сферична оболонка з отвором поводить себе у водному середовищі як осцилятор, аналогічно поведінці пухирців у воді. Відомо, що завіса, яка утворена у воді газовими пухирцями, являє собою акустично м'який звуковідбиваючий екран для звукових хвиль, частота коливань яких співпадає з резонансною частотою газових пухирців.

Порівняльний аналіз запропонованого технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що глибоководний звуковідбиваючий екран, що заявляється, відрізняється тим, що кожна порожниста сферична оболонка споряджається отвором і тиск у ній змінюється відповідно до зміни гідростатичного тиску навколишнього середовища, тобто, на відміну силової конструкції сферичної оболонки прототипу, отримуємо компенсовану конструкцію оболонки, яку можна використовувати на будь-якій глибині.

Таким чином, глибоководний звуковідбиваючий екран, що заявляється, відповідає критерію винаходу "новизна".

Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображено глибоководний звуковідбиваючий екран.

Глибоководний звуковідбиваючий екран 1 (як варіант конструктивного виконання - див. схему на фіг. 1 та на фіг. 2) являє собою плоску решітку та містить п х т порожнистих сферичних оболонок 2 радіуса К. У кожній з цих оболонок виконано отвір З радіусом 7/7, крізь який порожнина сферичної оболонки 4 контактує з навколишнім середовищем. Відстань між центрами сусідніх сферичних оболонок 2 не перевищує Л/л, де А. довжина звукової хвилі у водному середовищі на робочій частоті.

Глибоководний звуковідбиваючий екран 1 працює наступним чином. Кожна порожниста сферична оболонка 2 з отвором З являє собою резонатор. Подібно пухирцю газу у воді такий резонатор, як і резонатор Гельмгольца (7, розсіює звукову хвилю на своїй резонансній частоті.

Під дією первинної хвилі резонансної частоти кожен резонатор приходить у інтенсивні коливання та перевипромінює у вигляді сферичної хвилі монопольного типу таку ж потужність, яка надходить до нього від падаючої хвилі. Сукупність таких резонаторів, наприклад у вигляді плоскої решітки з порожнистих сферичних оболонок 2 з отворами 3, розташованих на відстані

І«ЛІл між центрами оболонок створює плоску перевипромінювану хвилю. Це і є відбита енергія.

Таким чином, глибоководний звуковідбиваючий екран, що складається з набору порожнистих сферичних оболонок, виконаних, наприклад, з металу, з отворами у кожній з цих оболонок, відбиває звукову (акустичну) енергію аналогічно акустично м'якому екрану, та може працювати на будь-яких глибинах Світового океану, що підвищує ефективність глибоководних гідроакустичних станцій в цілому.

Джерела інформації: 1. Подводнье злектроакустические преобразователи. (Расчет и проектированиє):

Справочник / Бродский В.В., Зубарев Л.А., Корепин Е.В., Якушев В.И. - Л., Судостроение, 1983. стор. 57. 2. Гринченко В.Т., Вовк И.В. Волновье задачи рассеяния звука на упругих облочках. - К.:

Наук.думка, 1986, стор. 205.

З. А.С. СССР Мо 390487. М.кл. (2015 от 5.10.1971 г. 4. Орлов Л.С., Шабров А.А. Гидроакустическая аппаратура рьібопоискового флота -Л.:

Судостроение, 1987, стор. 132. 5. Грінченко В.Т., Вовк І.В., Маципура В.Т. Основи акустики. - К. Наук, думка, 2007, стор. 510. б. Патент РФ Мо 20138858 Подводньій акустический зкран. М.кл. СТОК11 от 27.09.1999. - прототип. 7. Исакович М.А. Общая акустика. - М.: Наука, 1973, стор. 310. 8. Патент Рф Мо 2245583. Подводньй акустический зкран, М.кл. 015 от 02.03.2004.

Claims (2)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Глибоководний звуковідбиваючий екран, що виконаний у вигляді решітки, всередині якої розміщено набір порожнистих сферичних оболонок, розміщених у площині зазначеної решітки з однаковою відстанню між собою відносно центрів оболонок, при цьому порожнисті сферичні оболонки розміщено у площині решітки осесиметрично її вертикальної і горизонтальної осей, який відрізняється тим, що на кожній порожнистій сферичній оболонці виконаний твір ; при Зо цьому радіус сферичної оболонки А та радіус отвору визначаються виразом г ; кА ; де Г - радіус отвору, " - довжина звукової хвилі у водному середовищі на робочій частоті.

2. Глибоководний звуковідбиваючий екран за п. 1, який відрізняється тим, що відстань /| між центрами сусідніх сферичних оболонок, відповідно, по вертикалі і горизонталі, не перевищує величину А/т.