ПОДВОДНЫЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ЭКРАН Российский патент 1999 года по МПК G10K11/00 

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к подводным акустическим экранам, испытывающим действие гидростатического давления. Оно может быть использовано в акустических измерительных бассейнах, а также для снижения уровней помех в обтекателях гидроакустических станций рыболовецких судов и снижения уровней звукового поля, создаваемого находящимися в воде различными инженерными конструкциями.

Известны гидроакустические отражатели и поглотители и гидроакустические экраны, представляющие собой слои резиноподобного материала (РПМ) с воздушными полостями, наличие которых позволяет преобразовать продольные деформации, вызванные звуковым давлением, в сдвиговые.

Поскольку РПМ обладают существенными потерями механической энергии при сдвиговых деформациях, то среды из таких материалов с воздушными полостями используются в качестве эффективных поглотителей подводного звука. Известны, например, гидроакустические поглотители и отражатели (экраны) из РПМ, описанные в книгах: "Некоторые вопросы прикладной акустики". Сб. статей под ред. Дж. Ричардсона. Воен. издат. МО СССР, М., 1962, В.Е.Глазанов. "Экранирование гидроакустических антенн". Л. "Судостроение", 1986, а также в статьях, например: Вовк А.Е., Пастернак Р.Н., Тютекин В.В. "Экспериментальные исследования волновых свойств среды с цилиндрическими каналами". Акуст. ж., 1958, т. 4, вып. 1, с. 24-32 и патентах: "Гидроакустический поглотитель и отражатель" патент США 4.164.727, "Акустический экран для работ под давлением" пат. США 4.399.526, "Звукопоглощающий материал" пат. Японии 53-3242.

Наиболее близким техническим решением предлагаемого подводного акустического экрана - прототипом - является гидроакустический поглотитель и отражатель по пат. США 4.164.727. Он включает в себя (см. фиг. 1) слой резины 1 с воздушными полостями 2, закрытый сверху и снизу герметизирующими крышками 3, 4 из металла. Недостатком прототипа, как и аналогов, является малая пьезостабильность их эффективности, связанная с осадкой перфорированного слоя при действии гидростатического давления. Кроме того, наличие у прототипа жестких металлических армирующих слоев затрудняет его нанесение на криволинейные защищаемые конструкции.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение пьезостабильности и эффективности подводного акустического экрана. Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 2 представлена принципиальная схема заявляемого экрана, на фиг. 3 представлены детали одного из вариантов заявляемого экрана, на фиг. 4 представлен один из вариантов нижнего слоя экрана.

Указанная цель достигается тем, что нижний слой 1 заявляемого подводного акустического экрана (см. фиг. 2) из резиноподобного материала выполнен полуперфорированным с углублениями 2 в виде системы пазов и выступов 3 на внутренней стороне слоя, а верхний слой 4 на внутренней стороне имеет выступы 5, поперечное сечение которых соответствует сечениям пазов так, что при соединении указанных слоев выступы 5 проникают в пазы 2 нижнего слоя РПМ, образуя при этом герметичные воздушные полости 6.

При этом отношение модуля упругости материала верхнего слоя к модулю упругости материала нижнего слоя составляет величину 6-100. Применение более жесткого материала для верхнего слоя экрана обеспечивает дискретное (за счет наличия выступов 5) и послойное (за счет самого слоя 4) армирование воздушных полостей, что значительно уменьшает осадку подводного акустического экрана при действии гидростатического давления, сохраняя тем самым основную часть объема воздушных полостей, определяющих эффективность заявляемого экрана.

Для более плавного согласования и распределения колебательной энергии по толщине экрана нижний слой 1 (см. фиг. 3) имеет вид системы параллельных брусов 7 переменного по высоте сечения, соединенных в единую деталь, а выступы 5 верхнего слоя 4 выполнены с сечениями, изменяющимися по высоте, что позволяет реализовать в одной конструкции резонансный и нерезонансный эффект подводного акустического экрана. Благодаря переменному сечению указанных элементов экрана происходит изменение величины акустического волнового сопротивления от величины согласованной с волновым сопротивлением воды на лицевой стороне верхнего слоя к величине, рассогласованной с ней, на обратной стороне экрана, что позволяет более эффективно поглощать и изолировать звуковую энергию. Дополнительный акустический эффект достигается за счет введения в брусы 7 нижнего слоя 1 (см. фиг. 4) дискретных углублений 8 со стороны контакта с верхним слоем, образуя при сборке в единую деталь дополнительные воздушные полости, составляющие 5-20% от площади брусов со стороны расположения углублений.

Дополнительный эффект по звукоизоляции в случае обеспечения герметичного контакта экрана с защищаемой поверхностью, например, при клеевом креплении реализуется за счет дополнительных дискретных углублений 9 (см. фиг. 4) с наружной стороны нижнего слоя 1, занимающих 10-30% площади поверхности указанного слоя.

Результаты измерений образца указанного экрана в гидроакустическом волноводе переменного давления показали:
- заявляемый экран по акустической эффективности превышает прототип с одинаковыми габаритными характеристиками в измеренном диапазоне частот на 4-6 дБ;
- пьезостабильность акустического эффекта заявляемого экрана по сравнению с прототипом в 1,5-2 раза выше в измеренном диапазоне давлений.

Подводный акустический экран выполнен в виде герметичной пластины и состоит из двух полуперфорированных резиновых компонент, модули упругости материалов которых заметно отличаются друг от друга. Указанные компоненты соединены по сложной рельефной поверхности, представляющей собой систему пазов и выступов. Выбранная геометрия перфораций позволяет реализовать значительную воздухонаполненность пластины и требуемый характер изменения скорости звука в пластине по толщине. Предлагаемая конструкция экрана позволяет повысить акустическую эффективность в широком диапазоне частот. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Подводный акустический экран, выполненный из верхнего и нижнего слоев резиноподобного материала в виде герметичной пластины с воздушными полостями, отличающийся тем, что нижний слой выполнен полуперфорированным в виде системы выступов и пазов между ними на внутренней стороне слоя, а верхний слой на внутренней стороне имеет выступы, поперечное сечение которых соответствует сечениям пазов так, что при соединении указанных слоев выступы верхнего слоя проникают в пазы нижнего слоя, образуя герметичные воздушные полости, при этом отношение модуля упругости материала верхнего слоя к модулю упругости материала нижнего слоя составляет величину 6-100. 2. Подводный акустический экран по п.1, отличающийся тем, что выступы нижнего слоя выполнены в виде системы параллельных брусов переменного по высоте сечения. 3. Подводный акустический экран по п.2, отличающийся тем, что брусы нижнего слоя имеют дискретные углубления со стороны контакта с верхним слоем, образуя при сборке в единую деталь дополнительные воздушные полости, составляющие 5-20% от площади брусов со стороны расположения углублений. 4. Подводный акустический экран по пп.1-3, отличающийся тем, что нижний слой имеет дискретные углубления с наружной стороны, общая площадь которых составляет 10-30% от площади поверхности указанного слоя.