Гидроакустическая измерительная система

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерений параметров шумоизлучения надводных и подводных плавсредств. Сущность: гидроакустическая измерительная система (ГАИС) содержит носитель аппаратуры с обтекателем в форме сегмента сферы с расположенным внутри него гидроакустическим рабочим средством измерения, спускоподъемное устройство и якорный груз. Кроме того, ГАИС снабжена механизмом смены точки подвески носителя аппаратуры и размыкателем. Технический результат: изобретение позволяет устанавливать ГАИС на дно натурного водоема в горизонтальном положении, опуская и поднимая ее в вертикальном (наиболее оптимальном) положении, а также избавиться от погрешностей, вызванных вибрациями различных тросов, обеспечить безопасность аппаратуры от траловых орудий лова и получить возможность эксплуатировать систему в мелких натурных водоемах. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения параметров шумоизлучения надводных и подводных плавсредств.

Известна гидроакустическая измерительная система (ГАИС) того же назначения [1], выполненная в виде буя положительной плавучести и спускоподъемного устройства буя. Барабан лебедки в спускоподъемном устройстве выполнен неподвижным. При этом привод закреплен внутри барабана, а на оси привода насажено горизонтально ориентированное коромысло, на одном конце которого закреплен опорный ролик, а на другом - серьга с установленным на ней на горизонтальной оси роликом-укладчиком гибкого кабеля.

При вращении привода гибкий кабель сматывается (или наматывается) с барабана, что позволяет бую положительной плавучести, закрепленного на конце гибкого кабеля, перемещаться вверх-вниз в натурном водоеме.

Недостатком известной ГАИС является вращение буя положительной плавучести по конической спирали при его опускании и подъеме с помощью спускоподъемного устройства, что повышает возможность повреждения аппаратуры, например, траловыми орудиями лова, а также погрешности измерений параметров шумоизлучения плавсредств, вызванных вибрациями тросов.

Известна ГАИС того же назначения, принятая за прототип [2], содержащая носитель аппаратуры с обтекателем, преимущественно в форме открытого снизу полого сегмента сферы, с расположенными внутри его широкополосным гидроакустическим рабочим средством измерений (РСИ) и приборным контейнером, электрически связанными через кабельную линию связи с надводным центром управления, обработки и регистрации, а также спускоподъемное устройство носителя аппаратуры, выполненное в виде управляемой лебедки, кинематически связанной несущим тросом с носителем аппаратуры, и якорный груз, механически связанный дополнительным тросом с основанием носителя аппаратуры.

В прототипе внутренний объем обтекателя заполнен водой, а приборный контейнер удален от РСИ не менее чем на три своих поперечных размера. При этом общая масса носителя аппаратуры не меньше чем в десять раз превышает массу отрезка кабеля кабельной линии связи от якорного груза до основания носителя аппаратуры, причем центр тяжести, метацентр и вход кабельной линии связи в носитель аппаратуры расположены на оси последнего таким образом, что центр тяжести размещен между метацентром и входом кабельной линии связи в носитель аппаратуры.

В результате такой конструкции ГАИС уменьшаются погрешности измерения звукового давления, обусловленные дифракцией на элементах носителя (и, таким образом, реализуется условие свободного поля), а также погрешности, обусловленные колебаниями кабель-троса и неустойчивостью носителя аппаратуры при обтекании их подводными течениями.

Недостатком прототипа является опасность зацепления тросов носителем аппаратуры ГАИС траловыми орудиями лова и остаточные погрешности измерений параметров шумности, вызванные вибрациями несущих тросов под влиянием подводных течений натурного водоема. Кроме того, известные ГАИС [1, 2] невозможно использовать на акватории мелких натурных водоемов.

Техническим эффектом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение данных недостатков прототипа, т.е. устранение опасности зацепления тросов ГАИС траловыми орудиями лова, устранение погрешностей измерений параметров шумности плавсредств, вызванных вибрациями несущих тросов носителя аппаратуры и получение возможности работы на мелких полигонах.

Данный технический результат достигают за счет того, что известная ГАИС, содержащая носитель аппаратуры с обтекателем, выполненным из звукопроводного материала, преимущественно в форме открытого снизу сегмента сферы, с расположенными внутри его широкополосным гидроакустическим РСИ и приборным контейнером, электрически связанными через кабельную линию связи с надводным центром управления, обработки и регистрации, а также спускоподъемное устройство носителя аппаратуры, выполненное в виде управляемой лебедки, кинематически связанной тросом с носителем аппаратуры и якорный груз, механически связанный дополнительным тросом с основанием носителя аппаратуры, дополнительно содержит механизм смены точки подвески носителя аппаратуры с кольцом подвески, уздечку, постановочный фал и размыкатель с прикрепленным к нему вторым дополнительным тросом, при этом основание носителя аппаратуры выполнено в виде кругового шасси, на периферийной части которого закреплен механизм смены точки подвески, причем якорный груз механически связан дополнительным тросом с основанием носителя аппаратуры через закрепленный на нем механизм смены точки подвески, а постановочный фал одним концом связан через размыкатель и уздечку с центральной частью обтекателя носителя аппаратуры, а другим - через кольцо подвески, предварительно закрепленное в механизме смены точки подвески, - с несущим тросом спускоподъемного устройства, при этом второй конец второго дополнительного троса прикреплен через элементы крепления к круговому шасси в месте расположения механизма смены точки подвески.

В частном случае механизм смены точки подвески носителя аппаратуры ГАИС может быть выполнен в виде цилиндрического корпуса с прорезью, внутри которого расположен подпружиненный шток с крючком, выходящим через прорезь из корпуса, а также дугового фиксатора, шарнирно закрепленного одним концом за корпус, а другим - за крючок штока, соединенного дополнительным тросом якорного груза, при этом кольцо подвески свободно размещено на дуге дугового фиксатора вблизи его шарнирной опоры.

В частном случае, размыкатель ГАИС может быть выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого расположен подпружиненный рычаг, причем на малом плече рычага закреплена серьга, с насаженной на нее уздечкой, а длинное плечо рычага зафиксировано в корпусе с помощью растворимого в морской воде элемента, при этом к наружной части корпуса с различных его торцов прикреплены элементы крепления второго дополнительного троса и элементы крепления постановочного фала.

В частном случае, уздечка прикрепляется к центральной части обтекателя с помощью четырех идентичных стропов, ориентированных симметрично относительно оси обтекателя.

В частном случае, растворимый в морской воде элемент выполнен из плавленного сахара.

В частном случае, уздечка может прикрепляться к центральной части обтекателя носителя аппаратуры ГАИС с помощью четырех идентичных стропов, расположенных симметрично относительно оси обтекателя.

Широкополосное гидроакустическое РСИ может быть выполнено в виде нескольких комбинированных приемников, работающих в различных частотных диапазонах.

ГАИС может дополнительно содержать датчик глубины погружения и компас, расположенные соответственно на и внутри носителя аппаратуры.

В частном случае круговое шасси выполнено из труб, внутри которых проходит дополнительный трос, соединяющий якорный груз и шток механизма смены точки подвески.

Причем диаметр кругового шасси может превышать диаметр основания полого сегмента сферы обтекателя носителя аппаратуры, а механизм смены точки подвески закреплен на шасси вне сегмента сферы.

ГАИС может включать в себя буй положительной плавучести, к которому прикрепляются конец несущего троса и дополнительный якорный груз, причем между буем положительной плавучести и дополнительным якорным грузом установлен управляемый гидроакустический разцепитель.

Изобретение поясняется чертежом, на фиг.1 которого представлена ГАИС в момент опускания носителя аппаратуры на дно натурного водоема а), а также в момент нахождения носителя на штатном месте б) и в момент его подъема в). На фиг.2 представлена конструкция механизма смены точки подвески носителя аппаратуры, а на фиг.3 - конструкция размыкателя.

Гидроакустическая измерительная система согласно изобретению содержит (фиг.1) носитель аппаратуры с обтекателем 1, выполненным из звукопрозрачного материала, преимущественно в форме полого сегмента сферы, с расположенными внутри его широкополосным гидроакустическим РСИ и приборным контейнером (на чертеже не показаны), электрически связанными через кабельную линию связи 2 с надводным центром управления, обработки и регистрации (на чертеже не показан).

Имеется также спускоподъемное устройство носителя аппаратуры, выполненное в виде управляемой лебедки (на чертеже не показана), кинематически связанной несущим тросом 3 с носителем аппаратуры, и якорный груз 4, механически связанный дополнительным тросом 5 с основанием носителя аппаратуры, выполненным в виде кругового шасси 6.

Кроме того, ГАИС содержит механизм 7 смены точки подвески носителя аппаратуры с кольцом 8 подвески, уздечку 9, постановочный фал 10 и размыкатель 11 с прикрепленным к нему вторым дополнительным тросом 12. При этом постановочный фал 10 одним концом связан через кольцо 8 механизма смены точки подвески 7 с несущим тросом 3, а другим - через размыкатель 11, уздечку 9 и стропы 13 с центральной частью 14 обтекателя 1.

Число стропов 13 может быть выбрано равным четырем. В натянутом положении стропы 13 располагаются симметрично относительно оси обтекателя 1, как условно на примере двух стропов показано на фиг.1 б.

Размыкатель 11 также связан дополнительным тросом 12 с элементами 15 крепления кругового шасси 6 рядом с механизмом 7 смены точки подвески, как показано на фиг.1,

Пример исполнения механизма 7 смены точки подвески носителя аппаратуры приведен на фиг.2.

Помимо кольца 8 подвески механизм 7 смены точки подвески включает в себя цилиндрический корпус 16 (фиг.2) с прорезью 17, внутри которого расположен шток 18, подпружиненный пружиной 19.

Шток 18 имеет крючок 20, выходящий из прорези 17 корпуса 16. За крючок 20 зацеплен дуговой фиксатор 21 с помощью выемки 22, сделанной на его конце. Другой конец дугового фиксатора 21 шарнирно закреплен в корпусе 16 с помощью цилиндрического шарнира 23.

При этом кольцо 8 подвески свободно размещено на дуге фиксатора 21 вблизи шарнирной опоры шарнира 23, как показано на фиг.2.

Шток 18 соединен посредством крепежного элемента 24 с якорным грузом 4 посредством троса 5. (На фиг.1 данная связь не показана). Согласно дополнительному пункту изобретения дополнительный трос 5 проходит внутри труб, из которых изготовляется шасси 6.

Таким образом, в ограничительной части формулы изобретения отмечена механическая связь якорного груза 4 с основанием 6 носителя аппаратуры через дополнительный трос 5 (фиг.1).

В отличительной части формулы изобретения уточняется, что указанная механическая связь осуществляется через закрепленный на основании механизм 7 смены точки подвески.

Во втором пункте формулы изобретения после проведенной детализации механизма 7 смены точки подвески осуществляется дальнейшее уточнение данной механической связи: якорный груз 4 через дополнительный трос 5 связан с крепежным элементом 24 (фиг.2) механизма 7 смены точки подвески.

Таким образом, единство изобретения в части рассматриваемого признака сохранено.

На фиг.3 приведен пример выполнения размыкателя ГАИС.

Размыкатель 11 (фиг.1) выполнен в виде цилиндрического корпуса 25 (фиг.3), внутри которого расположен подпружиненный рычаг 26 с осью 27. На малом плече рычага 26 закреплена серьга 28, с которой согласно формулы изобретения крепится второй дополнительный трос 12 (фиг.1). При этом данное плечо рычага 26 (фиг.3) с помощью держателя 29 и растворимого в морской воде элемента 30 зафиксировано в корпусе 25.

К наружной части корпуса 25 прикреплены крепления постановочного фала 10 и элементы 32 крепления дополнительного троса 12. Элементы 31, 32 крепления размещены с различных концов цилиндрического корпуса 25 размыкателя 11, как показано на фиг.3. Место крепления дополнительного троса 12 обозначено позицией 33.

Размыкатель также снабжен пружиной 34, зажимающей рычаг 26 при наличии в его составе растворимого в морской воде элемента 30, выполненного, например, из плавленного сахара.

Внутри обтекателя 1 (фиг.1) размещено гидроакустическое РСИ, выполненное, например, в виде нескольких комбинированных приемников, работающих в различных диапазонах (РСИ на чертеже не показаны).

ГАИС также может включать в себя датчик глубины погружения, размещенный на круговом шасси 6 и компас, расположенный внутри обтекателя 1 (данные элементы на чертеже не показаны).

Круговое шасси 6, как уже отмечалось, может быть выполнено из труб, внутри которых удобно пропустить дополнительный трос 5 и кабельную линию 2 связи. Диаметр шасси 6 целесообразно выбрать большим диаметра основания сегмента сферы носителя аппаратуры 1. На периферийной части кругового шасси 6 удобно расположить механизм 7 смены точки подвески и элемент 15 крепления второго дополнительного троса 12.

Кроме того, в состав ГАИС входит дополнительный буй положительной плавучести (буй и дальнейшие перечисленные элементы на чертеже не показаны), к которому прикреплены конец несущего троса 3 и дополнительный якорный груз.

Между якорным грузом и буем установлен управляемый гидроакустический размыкатель, принимающий командные сигналы с надводного центра управления, обработки и регистрации.

ГАИС работает следующим образом.

При проведении измерений на мелководных полигонах целесообразна установка носителя аппаратуры непосредственно на дно 34 (фиг.1) натурного водоема. Такая установка носителя аппаратуры (донного модуля) обладает следующими достоинствами:

- донный модуль не меняет своего положения под воздействием течения и, как следствие этого, не воздействует на гидроакустические РСИ, расположенные внутри модуля;

- донная установка не требует специального якорного устройства и притопленного буя, который в общем случае совместно с кабель-тросом, соединяющем буй с надводным средством управления, обработки и регистрации информации, является источником вибраций, продуцируемых течением;

- донная установка всенаправленна по отношению к течениям, влияние которых в придонном слое невелико;

- донная установка хорошо защищена от траловых орудий лова.

Однако опускание носителя аппаратуры подобной формы на дно 34 натурного водоема непосредственно за уздечку 9 в верхней части обтекателя 1, когда основание носителя аппаратуры в виде кругового шасси 6 занимает горизонтальное положение, не приводит к решению поставленной задачи с достижением поставленного технического результата. Поскольку под обтекателем 1 при постановке его на дно 34 в горизонтальном положении образуется воздушный пузырь, препятствующий нормальной работе РСИ системы в штатном режиме. Кроме того, значительное гидродинамическое сопротивление полого сегмента при опускании его на дно не позволяет осуществить быстрое опускание ГАИС в заданную область натурного водоема.

С другой стороны, при подъеме модуля со дна 34 за уздечку 9 возникают дополнительные трудности отрыва обтекателя 1 с зашейного дна.

Для устранения перечисленных трудностей установки модуля на дно 34 натурного водоема и при подъеме со дна в данном техническом решении применен механизм 7 смены точки подвески носителя аппаратуры с размыкателем 11, позволяющих опускать и поднимать донный модуль не в горизонтальном, а в вертикальном положении (фиг.1 а, в).

При этом работа ГАИС на штатном месте производится при горизонтальном положении модуля (фиг.1 б).

Опускание донного модуля на дно 34 осуществляется следующим образом.

Когда якорный груз 4 находится в воде в подвешенном состоянии (фиг.1 а), крючок 20 штока 18 (фиг.2) зацепляет дуговой фиксатор 21 за выемку 22. При этом кольцо 8 подвески остается зацепленным за дуговой фиксатор 21 до тех пор, пока якорный груз 4 не опустится на дно 34 водоема. При достижении якорным грузом 4 дна 34 водоема пружина 19 механизма 7 смены точки подвески сжимается, высвобождая крючок 20 из выемки 22 дугового фиксатора 21. При этом дуговой фиксатор 21 высвобождается из зацепа и кольцо 8 подвески соскакивает с дугового фиксатора 21 (на фиг.1 а дуговой фиксатор в механизме 7 смены точки подвески условно показан в зацепленном состоянии, а на фиг.1 б, в - в высвобожденном состоянии).

Высвободившееся кольцо 8 подвески изменяет положение модуля с вертикального на горизонтальное (фиг.1 а, б). При этом несущий трос 3 зацепляет обтекатель 1 через кольцо 8 подвески и размыкатель 11 непосредственно за уздечку 9, прикрепленную с помощью четырех стропов 9 к центральной части 14 обтекателя 1.

Расстояние, равное длине дополнительного троса 5, модуль проходит в горизонтальном положении до дна 34 натурного водоема на свое штатное место. После установки модуля на штатное место несущий трос 3 располагают на дне 34 водоема рядом с модулем.

Буй положительной плавучести (на чертеже не показан) располагают также на дне 34 натурного водоема.

После проведения необходимых исследований с помощью ГАИС на управляемый расцепитель буя с надводного центра подают командный сигнал. При этом буй положительной плавучести (на чертеже не показан) всплывает и поднимает несущий трос 3 на поверхность натурного водоема.

С надводного центра управления, обработки и регистрации измерительной информации (на чертеже не приведен) на ГАИС подается командный сигнал для начала работы системы.

Гидроакустическое РСИ выдает информацию о регистрируемых параметрах шумности исследуемого объекта, датчик глубины - о глубине погружения модуля, а компас - о его пространственной ориентации.

При этом в размыкателе 11 (фиг.1, 3) происходит растворение растворимого в морской воде элемента 30. Как только он растворится, сработает пружина 30 (фиг.3) размыкателя 11 (фиг.1) и с серьги 28 (фиг.3) соскочит зацепленная за нее уздечка 9. При этом снова произойдет смена точки подвески модуля с его центра к периферии, как показано на фиг.1 в.

Подъем донного модуля со штатного места осуществляется снова в вертикальном положении, что значительно облегчает осуществление данной операции.

При этом с надводного центра управления на управляемый гидроакустический расцепитель направляют командный сигнал на всплытие буя положительной плавучести с закрепленным на нем несущим кабелем 3 (на чертеже данные элементы не приведены).

Таким образом, оригинальное выполнение механизма смены точки подвески модуля в данной ГАИС позволяет реализовать донный вариант установки носителя аппаратуры с получением поставленного технического результата.

Источники информации

1. Патент №2172272 РФ, кл. В 63 В 22/00, 2001.

2. Патент №2199835 РФ, кл. H 04 R 1/44, G 01 V 1/00, G 01 V 1/38, G 01 S 3/80, 2003 - прототип.

1. Гидроакустическая измерительная система, содержащая носитель аппаратуры с обтекателем, выполненным из звукопрозрачного материала, преимущественно в форме открытого снизу полого сегмента сферы, с расположенными внутри его широкополосным гидроакустическим рабочим средством измерений и приборным контейнером, электрически связанными через кабельную линию связи с надводным центром управления, обработки и регистрации, а также спускоподъемное устройство носителя аппаратуры, выполненное в виде управляемой лебедки, кинематически связанной несущим тросом с носителем аппаратуры, и якорный груз, механически связанный дополнительным тросом с основанием носителя аппаратуры, отличающаяся тем, что дополнительно содержит механизм смены точки подвески носителя аппаратуры с кольцом подвески, уздечку, постановочный фал и размыкатель с прикрепленным к нему вторым дополнительным тросом, при этом основание носителя аппаратуры выполнено в виде кругового шасси, на периферийной части которого закреплен механизм смены точки подвески, причем якорный груз механически связан дополнительным тросом с основанием носителя аппаратуры через закрепленный на нем механизм смены точки подвески, а постановочный фал одним концом связан через размыкатель и уздечку с центральной частью обтекателя носителя аппаратуры, а другим - через кольцо подвески, предварительно зацепленное в механизм смены точки подвески, с тросом спускоподъемного устройства, при этом второй конец второго дополнительного троса прикреплен через элемент крепления к круговому шасси в месте расположения механизма смены точки подвески.

2. Гидроакустическая измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что механизм смены точки подвески выполнен в виде цилиндрического корпуса с прорезью, внутри которого расположен подпружиненный шток с крючком, выходящим через прорезь из корпуса, а также дугового фиксатора, шарнирно закрепленного одним концом за корпус, а другим - за крючок штока, соединенного с дополнительным тросом якорного груза, при этом кольцо подвески свободно размещено на дуге дугового фиксатора вблизи его шарнирной опоры.

3. Гидроакустическая измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что размыкатель выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого расположен подпружиненный рычаг, причем на малом плече рычага закреплена серьга с насаженной на нее уздечкой, а длинное плечо рычага зафиксировано в корпусе с помощью растворимого в морской воде элемента, при этом к наружной части цилиндрического корпуса с различных его торцов прикреплены элементы крепления второго дополнительного троса и элементы крепления постановочного фала.

4. Гидроакустическая измерительная система по п.3, отличающаяся тем, что растворимый в морской воде элемент выполнен из плавленного сахара.

5. Гидроакустическая измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что уздечка прикреплена к центральной части обтекателя с помощью четырех идентичных стропов, ориентированных симметрично относительно оси обтекателя.

6. Гидроакустическая измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что широкополосное гидроакустическое рабочее средство измерений может быть выполнено в виде нескольких комбинированных приемников, работающих в различных частотных диапазонах.

7. Гидроакустическая измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик глубины погружения и компас, расположенные на и внутри носителя аппаратуры.

8. Гидроакустическая измерительная система по п.2, отличающаяся тем, что круговое шасси выполнено из труб, внутри которых пропущен дополнительный трос, соединяющий якорный груз и шток механизма смены точки подвески.

9. Гидроакустическая измерительная система по п.1, или 2, или 8, отличающаяся тем, что диаметр кругового шасси превышает диаметр основания полого сигмента сферы обтекателя носителя аппаратуры, а механизм смены точки подвески закреплен на шасси вне сигмента сферы.

10. Гидроакустическая измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит буй положительной плавучести с прикрепленными к нему дополнительным якорным грузом и концом несущего троса, причем между буем положительной плавучести и дополнительным якорным грузом установлен управляемый гидроакустический разцепитель.