МНОГОЭЛЕМЕНТНАЯ ЛИНЕЙНАЯ ДИСКРЕТНАЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ АНТЕННА Российский патент 1997 года по МПК H04B13/00 

Изобретение относится к приемоизлучающим гидроакустическим антеннам и может быть использовано в дискретных линейных или двумерных (в виде линейных блоков) антенных решетках, в том числе и фазированных.

Известны и широко применяются многоэлементные линейные дискретные гидроакустические антенны из цилиндрических преобразователей, разнесенных на расстояния по оси антенны, определяемые направленными свойствами антенны. Известна, например, линейная антенна, в которой цилиндрические пьезоэлементы заключены в заполненную воздухом резиновую трубку, а эта герметизированная трубка вставлена с помощью распорок в заполненный изоляционной жидкостью шланг.

В такой антенне трудно осуществить качественный акустический контакт резиновой трубки с наружными поверхностями преобразователей по всей длине антенны, что может привести к снижению ее эффективности. Этот недостаток может усугубляться при изменении внешних факторов: температуры и гидростатического давления. Наиболее распространенная конструкция таких антенн состоит из герметичных цилиндрических преобразователей, размещенных в шланге, заполненном жидким или гелеобразным изоляционным материалом, и скрепленных с несущим тросом, проходящим по оси шланга.

В качестве преобразователей этих антенн используются обычно преобразователи из цилиндрических пьезоэлементов с торцевыми крышками, которые крепятся к тросу эксцентрично, либо преобразователи катушечной конструкции, в торцевых крышках которых имеется сквозное центральное отверстие, через которое проходит трос.

Герметизация внутреннего объема у известных преобразователей и выполняется индивидуально и в такой конструкции легче избежать разброса параметров преобразователей и связанной с этим потерей эффективности, однако при этом конструкция каждого преобразователя и всей антенны в целом существенно усложняется.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является многоэлементная линейная дискретная антенна. Антенна содержит преобразователи, состоящие из цилиндрических пьезоэлементов, склеенных по торцам через развязывающие прокладки с жесткой составной скрепленной полым винтом катушкой. Внутренний объем пьезоэлементов заполнен воздухом. Фиксация преобразователей осуществляется с помощью держателей в виде тонких полужестких трубок, которые обеспечивают заданный интервал между элементами решетки. Преобразователи и держатели заключены в шланг, заполненный компаундом, и размещены по его оси. Линии электрических коммуникаций выводы от преобразователей и их соединения проходят по оси шланга. Фиксация положения преобразователей относительно полости шланга осуществляется с помощью упругих колец, размещенных между пьезоэлементами и внутренней поверхностью шланга.

Такая антенна имеет сложную конструкцию, нетехнологична, и ее изготовление и сборка трудоемки из-за большого числа разнокалиберных деталей. Кроме того, наличие жестких торцевых крышек, приклеенных через тонкие резиновые развязывающие прокладки, может приводить к частотно-зависимым искажениям направленных свойств преобразователей, а значит, и антенны в целом за счет колебаний торцевых крышек вдоль оси цилиндрических пьезоэлементов.

Задача изобретения состоит в том, чтобы упростить конструкцию антенны, улучшив при этом ее направленные свойства, снизить трудозатраты при ее изготовлении и тиражировании, повысить технологичность особенно при серийном производстве.

Для решения поставленной задачи в многоэлементную гидроакустическую линейную дискретную антенну, содержащую цилиндрические воздухозаполненные пьезоэлементы с держателями, имеющими центральные отверстия, установленные по оси полимерного шланга, заполненного компаундом, и линии электрических коммуникаций, введены новые признаки, а именно:
каждый держатель выполнен в виде сплошного цилиндра из упругого полимерного материала;
скреплен со стороны торцов с торцами соседних пьезоэлементов и с несущим тросом, проходящим по оси шланга;
и имеет с двух сторон обнизки, центрирующие пьезоэлементы по их внутреннему диаметру.

Скрепление торцов держателей с металлическим тросом может быть выполнено с помощью металлических обжимных втулок.

Для облегчения сборки антенны на наружной поверхности держателей могут быть выполнены симметричные выступы, контактирующие с внутренней поверхностью шланга и фиксирующие пьезоэлементы относительно внутренней поверхности шланга.

Держатели могут быть снабжены контактными выводами для упрощения монтажа линий электрических коммуникаций.

На фиг. 1 приведена конструкция предлагаемой многоэлементной дискретной линейной антенны; на фиг.2 одна из реализаций характеристики направленности антенны: а в плоскости перпендикулярной оси антенны, б в плоскости антенны.

Предлагаемая конструкция многоэлементной гидроакустической дискретной линейной антенны содержит набор цилиндрических пьезоэлементов 1 с держателями 2, установленных по оси шланга 3, заполненного компаундом 4. Держатели 2 выполнены в виде сплошных цилиндров из упругого полимерного материала и имеют по оси цилиндра осевое отверстие 5, в которое проходит несущий металлический трос 6, а со стороны торцов обнизки 7, которые служат для крепления и центрирования пьезоэлементов 1. Каждый держатель 2 с торца с помощью металлической обжимки 8 скреплен с тросом 6. Скрепление держателей с тросом может быть выполнено и иначе, например с помощью клиньев или бандажей. Каждый пьезоэлемент по торцам скреплен (например, склеен) с двумя держателями и с помощью обнизок 7 зафиксировано их положение относительно оси антенны (троса). Фиксация пьезоэлементов относительно шланга выполняется посредством симметричных выступов 9 на наружной поверхности держателей.

Длина держателей 2 выбирается из условия обеспечения расстояния между пьезоэлементами, необходимого для получения заданной характеристики направленности.

Держатели изготавливаются из такого полимерного материала (например, на основе эпоксидной смолы), чтобы обеспечивать акустическую развязку пьезоэлементов друг от друга и экранирования торцевых поверхностей 10 пьезоэлементов 1. Это возможно, потому что держатели представляют собой практически сплошные цилиндры с малыми отверстиями по оси 11 для прохождения троса и по периферии для прохождения выводов от пьезоэлементов. Монтаж выводов 12 пьезоэлементов 1 может быть выполнен с помощью контактных выводов (например, в виде тонких стержней) или проводов, расположенных в отверстиях 11. Пьезоэлементы в антенне могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно-параллельно.

Таким образом, в предложенной конструкции антенны крепление пьезоэлементов, их фиксация, центрирование, герметизация их внутреннего объема, развязка пьезоэлементов между собой и экранирование их торцевых поверхностей выполнено с помощью деталей одного типа, держателей, что, собственно, и решает поставленную задачу.

Работа антенны происходит следующим образом. В режиме излучения на пьезоэлементы 1 с помощью их электрических выводов 12 подается рабочее электрическое напряжение, которое вызывает колебания цилиндрических пьезоэлементов 1 как в радиальном, так и в осевом направлении. При этом основная акустическая энергия излучается в среду с излучающей цилиндрической поверхности, а колебания по длине цилиндров (со стороны торцов 11) демпфируются за счет потерь в упругом материале держателей 2, что приводит к улучшению направленных свойств линейной антенны в целом.

При работе в режиме приема происходит преобразование акустической энергии в электрическую. При этом держатели 2 за счет своей формы и материала обеспечивают экранирование торцевых поверхностей 10 пьезоэлементов 1 и акустическую развязку пьезоэлементов друг от друга, что также приводит к улучшению направленных свойств антенны.

Результаты испытаний макета заявленной многоэлементной гидроакустической антенны приведены на фиг.2 и демонстрируют хорошее совпадение экспериментальных характеристик с расчетом, произведенным для пьезоэлементов принимающих (излучающих) акустические колебания только активной цилиндрической поверхностью.

Изобретение относится к области конструирования гидроакустической аппаратуры. Предложена гидроакустическая дискретная линейная антенна, содержащая цилиндрические воздухозаполненные элементы с держателями, имеющими центральные отверстия, установленные по оси полимерного шланга, заполненного компаундом, и линии электрических коммуникаций, в которой каждый держатель выполнен в виде сплошного цилиндра из упругого полимерного материала, скреплен со стороны торцов с торцами соседних пьезоэлементов и с несущим тросом, проходящим по оси шланга, и имеет с двух сторон обнизки, центрирующие пьезоэлементы по их внутреннему диаметру. Это позволяет существенно упростить конструкцию антенны и улучшить ее направленные свойства. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Многоэлементная линейная дискретная гидроакустическая антенна, содержащая цилиндрические воздухозаполненные пьезоэлементы с держателями, имеющими центральные отверстия, установленные по оси полимерного шланга, заполненного компаундом, и линии электрических коммуникаций, отличающаяся тем, что каждый держатель выполнен в виде сплошного цилиндра из упругого полимерного материала, скреплен со стороны торцов с торцами соседних пьезоэлементов и с несущим тросом, проходящим по оси шланга, и имеет с двух сторон обнизки, центрирующие пьезоэлементы по их внутреннему диаметру. 2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что скрепление торцов держателей с металлическим тросом выполнено с помощью металлических обжимок. 3. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что на наружной поверхности держателей имеются симметричные выступы, контактирующие с внутренней поверхностью шланга. 4. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что держатели имеют контактные выводы для монтажа линий электрических коммуникаций.