книги из ГПНТБ / Орлов Л.В. Расчет и проектирование антенн гидроакустических рыбопоисковых станций

в этом случае связь между преобразователями мала. Как мы отмечали, действие активной связи меж­ ду преобразователями таково, что возможно возникно­ вение существенного перераспределения нагрузки по участкам антенны, что, естественно, является нежела­ тельным эффектом. Реактивная связь может повлечь изменение резонансных частот преобразователей. По­ этому проектировать антенны надо таким образом, что­ бы влияние связи было минимальным, для чего следует располагать слабонаправленные преобразователи на расстояниях 3^0,5 К. Отметим еще, что изменение вза­ имной ориентации квадратных поршней от выбранной в нашем случае (вплоть до такой, когда линия, соеди­ няющая их центры, становится диагональю для каж­ дого квадрата) незначительно увеличивает взаимное сопротивление излучения.

При расположении преобразователей в жестких ци­ линдрическом или сферическом экранах взаимные со­ противления излучения совпадают с таковыми в слу­

ния преобразователей, расположенных на сфере или по направляющей цилиндра, в 1,5—2 раза меньше, чем преобразователей, расположенных в плоском экране или по образующей цилиндра. Уменьшение взаимных сопротивлений излучения преобразователей, рабочие поверхности которых совпадают с поверхностью выпук­ лых экранов, объясняется уменьшением связи по полю из-за разворота осей характеристик направленности в противоположных направлениях. Отмеченный эффект проявляется в случае, если радиус кривизны экрана ле­ жит в пределах примерно 4-1-12 Я, т. е. не слишком мал, так что оказывается возможным пренебречь дифрак­ цией, и не слишком велик, чтобы экран не был близок к плоскому на протяжении нескольких длин волн.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА КОНЦЕНТРАЦИИ ПО ЕГО ПАРЦИАЛЬНЫМ ЗНАЧЕНИЯМ

Обратимся снова к вопросу о приближенном вычис­ лении коэффициента концентрации. Во многих случаях расчет коэффициента концентрации •по известным фор-

132

Мулам становится слишком трудоемким процессом изза сложности функции, представляющей характеристи­ ку направленности антенны, в связи с необходимостью численного интегрирования при двух переменных. Рас­

чем меньше различие между парциальными значения­ ми Кп. Если К определяется по двум парциальным зна­

В случаях, когда оказывается невозможным анали­ тическое вычисление коэффициента концентрации даже по парциальным значениям, применяют способ графи­ ческого его определения.

Для этой цели используют бланки (рис. 64) со спе­ циальной координатной сеткой. По оси абсцисс от цен­ тра в обе стороны отложены текущие углы характери­ стики направленности в секторе ±180°. Длины обозна­

оси ординат отложены нормированные значения харак­ теристик направленности при длинах обозначенных от­

нанесен увеличенный в 10 раз масштаб для значений характеристики направленности. По оси абсцисс мас­ штаб растянут в пределах углов ±4° в 200 раз, от 4° до 10°— в 10 раз и от 10° до 20° — в 5 раз. Это сделано с целью облегчения построения и расчета при острона­ правленных характеристиках. В случае необходимости

133

Глава VI

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕННЫХ СВОЙСТВ АНТЕНН ИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЫБОПОИСКОВОЙ АППАРАТУРЫ

мысловом районе места с наиболее плотной концентра­ цией рыбы, определять дистанцию и пеленг, произво­ дить прицельный лов. Эффективность РПА при обнару­ жении рыбных скоплений зависит от размеров аквато­ рии, с которой может быть получена информация об объектах локации в заданный промежуток времени.

Современную РПА т> способу обзора акватории можно разделить на четыре группы: гидролокаторы, по­ ворот и наклон акустической антенны, в которых осу­ ществляется ручным приводом; гидролокаторы с авто­ матическим шаговым или плавным поиском, гидролока­ торы с круговым обзором; рыбопоисковые эхолоты.

Гидролокаторы первой группы устанавливают на малых судах, мотоботах, шлюпках, ведущих промысел во внутренних водоемах и прибрежной зоне. На этих судах могут быть размещены антенны небольших габа­ ритов с относительно широкими характеристиками на­

посылает импульс в заданном направлении и остается повернутой в этом направлении в течение времени, не­ обходимого для прохождения импульсом двойной ди­ станции, заданной по шкале дальности индикатора. Затем антенна автоматически поворачивается, произво­

135

дится новая посылка и т. д. Угол, на который поворачи­ вается антенна, называется «шагом поиска». Шаг поис­ ка определяется шириной характеристики направленно­ сти антенны и требуемым накоплением необходимой информации. Во всех случаях шаг поиска не должен превышать угла раствора (по уровню 0,7) характери­ стики направленности антенны. Гидролокаторы с шаго­ вым поиском могут вести автоматический поиск рыб­ ных скоплений как вокруг судна, так и в определенном оператором секторе обзора. В этом случае по оконча­ нии поиска в заданном секторе антенна автоматически возвращается в первоначальное положение. Чем мень­ ше время возврата антенны в исходное положение, определяемое особенностями электрокинематической схемы привода, тем эффективнее поиск.

Гидролокатор с плавным поиском отличается тем, что в процессе работы антенна вращается непрерывно с постоянной скоростью. Это упрощает электрокинематическую схему привода и повышает надежность и долговечность аппаратуры. Во избежание пропуска це­ ли при непрерывном вращении антенны ее характери­ стика направленности должна быть более широкой, чем антенны «шагового» гидролокатора.

Аппаратуру второй группы устанавливают на судах среднего и большого водоизмещений, в связи с чем ан­ тенны такой аппаратуры могут иметь большие габари­ ты и острые характеристики направленности, позво­ ляющие осуществлять значительную концентрацию аку­ стической энергии и вести дальний поиск. Однако недо­ статком такой аппаратуры остается малая скорость об­ зора акватории, особенно в случаях локации дальних целей на больших скоростях хода судна или при необ­ ходимости получения информации от трех и более имцульсов (с целью уверенного распознавания рыбного косяка).

Одним из путей повышения скорости обзора аппара­ турой шагового и плавного поисков является увеличе­ ние шага или скорости вращения антенны с веером остронаправленных характеристик. В этом случае даль­ ность обнаружения и разрешающая способность аппа­ ратуры остаются прежними или могут быть даже уве­ личены.

Значительно совершеннее гидролокаторы кругового

136

и секторного обзоров, у которых в режиме излучения осуществляется одновременное облучение всей задан­ ной акватории, а в режиме приема производится быст­ рое электронное вращение (или сканирование) острой характеристики направленности, пробегающей в период времени между посылками заданный сектор обзора. Такие гидролокаторы обеспечивают возможность не­ прерывного одновременного наблюдения всех обнару­ женных объектов пеленгования.

Ниже приводятся выражения для расчета размеров акватории, с которой может быть получена информа­ ция в зависимости от параметров РИА (все соотноше­ ния получены в предположении распространения гидро­ акустических волн в изотропной среде и при угле ра­

где —расчетнаяскорость звука всводе; ■ с —коэффициент количества посылок.

k

Коэффициент k зависит от типа индикатора. У элек­ тронных, цифровых и проблесковых индикаторов & «1,

у самописцев &=0,3—0,5.

Для РПА, антенны которой излучают (принимают) импульсы в фиксированном направлении, ширина зоны поиска, площадь и объем водного пространства, с ко­ торого может быть получена информация, определяют по формулам, приведенным в табл. 6.

При проектировании РПА со значительной дально­ стью действия и использовании ее при больших скоро­ стях хода судна, а также в случае применения ан­ тенны, формирующей узкую характеристику направ­ ленности, необходимо учитывать возникновение «мерт­ вых» зон, от которых не может быть получена инфор­ мация в связи с пропусками облучения отдельных ее участков.

137

Примечание. Вформулах(VI—3)— (VI—9):

v —скорость хода судна, узлы; t —времяпоиска, с;

L —-дальность действияаппаратуры, м; Р—уголразворота антенныпоотно­ шениюкносителюантенн, град; 20а—ширина основноголепестка харак­ теристикинаправленностив ази­

мутальнойплоскости, град; 20ум—ширина основноголепестка харак­

теристикинаправленностивугло­ местнойплоскости, град.

* За исключениемслучаев, когда зона распространенияакустичес­ кихволнограниченаповерхностьюакватории.

138

скости с учетом «мертвых» зон, образующихся между посылками, определяется из уравнения

-(

В формулах (VI— 10) — (VI— 13) k — коэффициент ко­ личества посылок.

На рис. 66 приведены графики, иллюстрирующие из­ менение величины максимальной протяженности «мерт­ вой» зоны 1М, образующейся между посылками, в зави­ симости от L и 20а при постоянных значениях о=12 уз­ лов и & = 0,3.

Параметры, определяющие характер обзора аквато­ рии, для РПА с автоматическим шаговым и плавным

139

П родолж ение табл . 7

140

П р и м е ч а н и е . В формулах (VI— 14)—(VI—22): v—скорость хода судна, узлы; t—время поиска, с;

L—дальность действия аппаратуры, м; ср—угол сектора обзора, град;

(3—курсовой угол на центр сектора обзора, град; At—время возвращения антенны в исходное поло­

жение, с;

V—шаг поиска, град; N—число посылок на один шаг;

k—коэффициент количества посылок; с—скорость звука в воде, м/с.

В случаях кругового шагового и плавного поисков и прямолинейного движения судна с постоянной скоро­ стью траектория точки, образующая кривую, ограничи­ вающую площадь поиска в азимутальной плоскости, определяется параметрическими уравнениями*:

х 0,5vt + L sin оit,

(VI—23)

у — L cos соt.

Условие, определяющее перекрытие зон, облучаемых гидролокатором при двух смежных циклах (см.

рис. 67, а ):

Зя0,5о -180 v

(VI—24)

а > — ^ — ~ № т

Если выполняется условие (VI—24), отношение 5 облучаемой гидролокатором площади поиска к «мерт­ вой» зоне может быть с достаточной для практических расчетов точностью определено из выражения

S = Sn ~~ Sm■. (VI—25)

В формулах (VI—24, VI—25):

w — угловая скорость вращения антенны, град/с; v — скорость хода судна, узлы;

L — дальность действия гидролокатора, м; Su — площадь поиска за один цикл 360°, м2;

SM—-площадь «мертвой» зоны за один цикл, м2.

* При шаговом обзоре линия, ограничивающая площадь поис­ ка, имеет ступенчатый характер, но так как длительность шага по времени незначительна, то ступенчатым характером функции можно пренебречь и считать функцию непрерывной.

141