Способ снижения интенсивности гидроакустических полей плавсредства

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для снижения первичных и вторичных гидроакустических полей различных подводных конструкций, а также подводных и надводных плавсредств. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью интенсивного ультразвукового излучения с частотой 1÷10 МГц вокруг плавсредства создается ультразвуковое поле, которое за счет нелинейного взаимодействия с первичным и вторичным полями плавсредства смещает спектры последних в области средних ультразвуковых частот, значительно поглощаемых близлежащими слоями воды. Техническим результатом является возможность значительно снизить интенсивность гидроакустических полей плавсредства. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для снижения первичных и вторичных гидроакустических полей различных подводных конструкций, а также надводных и подводных плавсредств.

Известны способы того же назначения, в которых для снижения интенсивности гидроакустических полей плавсредства используют различные звукопоглощающие покрытия [1].

За прототип принят способ снижения интенсивности гидроакустических полей, заключающийся в создании вокруг корпуса плавсредства звукопоглощающего покрытия из стеклопластика [2].

Недостатком прототипа является увеличение веса плавсредства и отсутствие контроля интенсивности гидроакустических полей плавсредства.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, будет создание "бестелесного" звукопоглощающего покрытия и "бестелесного" способа контроля интенсивности гидроакустических полей плавсредства.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе снижения интенсивности гидроакустических полей плавсредства, заключающемся в создании вокруг корпуса плавсредства звукопоглощающего покрытия, звукопоглощающее покрытие вокруг корпуса плавсредства создают путем облучения пограничных слоев жидкости ультразвуковым излучением в области средних ультразвуковых частот преимущественно в частотном диапазоне 1-10 МГц, с помощью ультразвуковых излучателей, размещенных на наружной поверхности корпуса плавсредства.

В частном случае облучение пограничных слоев жидкости плавсредства проводят с помощью резонансных или широкополосных ультразвуковых излучателей в различных частотных диапазонах.

При этом характеристики направленности ультразвуковых излучателей могут быть ориентированы ортогонально или параллельно поверхности корпуса плавсредства.

В последнем случае напротив излучателей могут быть дополнительно установлены гидроакустические приемники, выходы которых подключены через последовательно соединенные усилители и полосовые фильтры к регистраторам.

Изобретение поясняется чертежом, на фиг.1, 2, 3 которого представлено плавсредство в различных своих проекциях и средства снижения интенсивности его гидроакустических полей.

Для реализации способа в пограничных слоях плавсредства 1 на его наружной поверхности корпуса устанавливают ультразвуковые излучатели 2, характеристики направленности 3 которых ориентированы ортогонально поверхности корпуса плавсредства 1 (фиг.1, 2) или параллельно ей (фиг.3).

В последнем случае напротив излучателей 2 (фиг.3) устанавливают гидроакустические приемники 4 (обычные гидрофоны). Причем пространственная ориентация осей характеристик направленностей получаемых пар излучателей и приемников совпадает.

Количество излучателей 2 на поверхности корпуса плавсредства 1 задается исходя из того, чтобы характеристики направленности излучателей 2 перекрывались между собой и чтобы при этом ультразвуковое поле от излучателей 2 полностью перекрывало корпус плавсредства 1, как бы образуя сплошное звукопоглощающее "покрытие".

При этом ориентация характеристик направленности излучателей 2 по отношению к поверхности корпуса плавсредства 1 может быть различной, например, ортогональной (фиг.1, 2) или параллельной (фиг.3) или любой другой.

Частота излучения f_уз может простираться от сотен кГц до сотен МГц, но учитывая, что f_уз должна одновременно значительно превосходить спектральный диапазон F первичного излучения, F=(0,01-10) кГц, а также частоту f_з вторичного излучения, f_з=(50-150) кГц, наиболее оптимальным спектральным диапазоном ультразвукового излучения следует считать диапазон 1-10 МГц в области средних ультразвуковых волн [3].

(Верхнее значение f_уз ограничивается из-за значительного поглощения ультразвука на высоких частотах).

Излучатели 2 на плавсредстве 1 могут быть резонансного типа, т.е. излучать в каком-то узком спектральном диапазоне, а могут быть и перестраиваемыми по частоте в зависимости от конкретной решаемой задачи (снизить шумоизлучение какого-то отсека или всего плавсредства 1 или снизить интенсивность только вторичного гидроакустического поля и т.д.).

Для контроля интенсивности шумоизлучения плавсредства и его вторичного гидроакустического поля напротив ультразвуковых излучателей 2 устанавливают приемники ультразвукового излучения, подключенные своими выходами через последовательно соединенные усилители и полосовые фильтры к регистраторам (электронные блоки на чертеже не показаны).

Способ понижения интенсивности гидроакустических полей плавсредства основан на нелинейном взаимодействии звуковых волн при их распространении в воде. В тех случаях, когда звуковые волны различных частот например, f_уз и F (или f_з), распространяются в воде на участке определенной протяженности l, они взаимодействуют друг с другом, образуя суммарную и разностную частоты f_уз+F и f_уз-F [4, с. 7-13].

Если f_уз выбрать достаточно высокой по сравнению с частотой F шумоизлучения плавсредства или по сравнению с частотой f_з зондирующего излучение поискового гидролокатора и достаточно интенсивной, то частоты первичного и вторичного гидроакустических полей плавсредства сместятся в область высоких частот: f_уз+F и f_уз-F; f_уз+f_з; f_уз-f_з, на которых наблюдается значительное поглощение излучения водой [1, с. 126, отс. 5.2].

Так, в диапазоне частот 1-10 МГц коэффициент поглощения звука водой α= (300-20000) дБ/км; в диапазоне 50-150 кГц α=(10-80) дБ/км, в диапазоне 0,01-10 кГц α=(0,0002-1) дБ/км.

Учитывая экспоненциальный характер поглощения звука водой и квадратичную зависимость коэффициента поглощения звука с частотой (α~f²) можно считать, что сигналы на частотах f_уз+F и f_уз±f_з полностью поглощаются близлежащими к плавсредству 1 слоями воды, снизив тем самым интенсивность первичного и вторичного гидроакустических полей плавсредства.

Способ реализуется следующим образом.

На ультрозвуковые излучатели 2 подается высокочастотный сигнал f_уз накачки. При этом вокруг корпуса плавсредства 1 формируется высокочастотное ультразвуковое поле частоты f_уз. Первичный шум плавсредства 1 частотой F, проходя область ультразвукового поля f_уз, взаимодействует с ним, изменяя свой первоначальный спектр, модулируя частоту накачки. При этом на выходе из области нелинейного взаимодействия волн наблюдаются звуковые волны частот f_уз+F, которые поглощаются близлежащими слоями воды. Обнаружение плавсредства с помощью шумопеленгаторов при этом затрудняется.

Волны зондирующего луча частоты f_з от активных средств поиска и обнаружения ослабляются по той же самой причине еще больше, поскольку дважды проходят ультразвуковое поле частоты f_уз.

Установка напротив ультразвуковых излучателей 2 гидроакустических приемников 4, расположенных на расстояниях l и жестко скрепленных друг с другом так, чтобы линия их центров совпадала с акустической осью системы, позволяет получить ряд нелинейных параметрических акустических приемников.

Шумы первичного гидроакустического поля частоты F и звуковые волны вторичного гидроакустического поля частоты f_з взаимодействуют с волной накачки f_уз. В области взаимодействия волны F и f_з модулируют волну накачки f_уз. При этом гидроакустический приемник 4 принимает волну накачки, промодулированную сигналами шумовых полей плавсредства. Схемы обработки позволяют выделить параметры контролируемых сигналов F и f_з с помощью полученных таким образом бестелесных параметрических приемников 2, 4 (фиг.3).

Учитывая высокую интенсивность волн накачки f_уз и близость гидроакустических приемников 4 к излучателям 2, в качестве гидроакустических приемников 4 можно применить обычные гидрофоны.

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет снизить интенсивность гидроакустических полей плавсредства без значительного увеличения его веса, а также постоянно контролировать интенсивность первичного и вторичного гидроакустических полей плавсредства. Этим достигается поставленный технический результат.

Источники информации 1. Р. Дж.Урик. Основы гидроакустики. "Судостроение". Л., 1978, с. 335-337.

2. Патент Великобритании 2317698 кл. G 01 S 7/521, 1998 - прототип.

3. Ультразвук. Маленькая энциклопедия, гл. ред. И.П. Голямина. "Сов. энц." М., 1979, с. 9.

4. Б. К. Новиков и др. Нелинейная гидроакустика. "Судостроение", Л., 1981.

Формула изобретения

1. Способ снижения интенсивности гидроакустических полей плавсредства, заключающийся в создании вокруг корпуса плавсредства звукопоглощающего покрытия, отличающийся тем, что звукопоглощающее покрытие вокруг корпуса плавсредства создают путем облучения пограничных слоев жидкости ультразвуковым излучением в области средних ультразвуковых частот, преимущественно в частотном диапазоне 1-10 МГц.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что облучение пограничных слоев жидкости проводят с помощью ультразвуковых излучателей, размещенных на наружной поверхности корпуса плавсредства.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что облучение пограничных слоев жидкости плавсредства проводят с помощью резонансных ультразвуковых излучателей.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что облучение пограничных слоев жидкости плавсредства проводят с помощью широкополосных ультразвуковых излучателей в различных частотных диапазонах.

5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что облучение пограничных слоев жидкости плавсредства проводят с помощью ультразвуковых излучателей, ориентированных своими характеристиками направленности ортогонально поверхности корпуса плавсредства.

6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что облучение пограничных слоев жидкости плавсредства проводят с помощью ультразвуковых излучателей, ориентированных своими характеристиками направленности параллельно поверхности корпуса плавсредства.

7. Способ по п. 1 или 2, или 6, отличающийся тем, что напротив ультразвуковых излучателей, устанавливают гидроакустические приемники, подключенные своими выходами через последовательно соединенные усилители и полосовые фильтры к регистраторам.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3