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

Излучаемая акустическая мощность

При расчете в системе СГСМ настоящие формулы, приведенные для случая системы СИ, необходимо умно­ жить на коэффициент 10~7. Мощность в обоих случаях получается в ваттах.

Ц и л и н д р и ч е с к и й п о л я р и з о в а н н ы й п р е ­

С т е р ж н е в о й п о л я р и з о в а н н ы й п р е о б р а ­

С т е р ж н е в о й п о л я р и з о в а н н ы й п р е о б р а ­ з о в а т е л ь с д в у м я н е о д и н а к о в ы м и н а к л а д ­ ка ми (излучение со стороны накладки с индексом 1):

2Rs

где V ■— приведенный объем магнитопровода;

т —коэффициент, определяющий потери на гистерезис и вихре­

203

Д л я ц и л и н д р и ч е с к о г о п р е о б р а з о в а т е л я :

S — площадь поперечного сечения одного стержня; т — число стержней;

1С— средняя длина магнитопровода замкнутого магнит­

ного контура;!

6— толщина пластины пакета (обычно ^0,1 мм).

Рис. 87. Зависимость коэффициентов, определяющих потери на гистерезис ог и вихревые токи сгв от магнитных ин­ дукции В и напряженности поляризую­

щего поля Я0 для никеля.

бв и 6Г— коэффициенты, определяющие электрические потери на вихревые токи Фуко и гистерезис. Эти коэф­ фициенты (рис. 87) зависят от магнитной индукции В и напряженности магнитного поляризующего поля Н0.

Коэффициент полезного действия

Принимают Цам=0,6-Ч-0,8.

204

Механическая мощность

определенном окне размером I — стержневого преобразо­

вателя, или по периметру цилиндрического. Рациональные соотношения высоты I и ширины на­

кладки j d находятся в пределах d= (0,3-4-1,5) /, а отно-

шение — не следует выбирать больше 3 во избежание

изгиба (рис. 88). Аналогичные конструктивные соотно­ шения целесообразно выдерживать и для цилиндри­ ческого преобразователя.

20 5

Сила тока

Н а м а г н и ч и в а ю щ и й п е р е м е н н ы й т о к (эф ­ ф е к т и в н ы й ) :

а) стержневой преобразователь

0,5 Вт1с

Рис. 89. Зависимость магнитной проницаемости Hi никеля от магнитной индукции В и напря­ женности Я0 поляризующего поля.

б) цилиндрический преобразователь

2яВтг(.р

где р.1 — обратимая, зависящая от магнитной индукции В и напря­ женности Но поляризующего поля магнитная прони­ цаемость (рис. 89).

Р а б о ч и й т о к

206

/"э п

'э . п - и . (VII— 148)

В а т т н ы й ток

То к п о л я р и з а ц и и :

а) стержневой преобразователь

,я(|/с

/° = ■ (в системе СИ),

(VII— 151)

Н I

/ 0 “ „ ° С,, (в системе СГСМ); 0 ,8лV

б) цилиндрический преобразователь

Во всех случаях ток в амперах.

Электрический импендас преобразователя

В а т т н о е с о п р о т и в л е н и е

207

Чувствительность

Как уже отмечалось, максимум чувствительности у электроакустических преобразователей достигается на частоте электромеханического резонанса. У пьезомаг-

>нитных преобразователей частота электромеханического резонанса ниже частоты механического резонанса. В ре­ жиме холостого хода частота электромеханического ре­ зонанса совпадает с частотой антирезонанса. Чем меньше отношение сопротивления нагрузки к внутрен­ нему сопротивлению преобразователя, тем ближе часто­ та электромеханического резонанса к частоте механи­ ческого резонанса, и в режиме короткого замыкания эти частоты совпадают.

Приближенно частота антирезонанса /а связана с ча­ стотой механического резонанса /м пьезомагнитного пре­ образователя соотношением

h = f * V l — kn , (VII— 156)

где к33 — коэффициент электромеханической связи.

Пьезомагнитные приемники обязательно должны ра­

f

Формулы для расчета чувствительности даны в систе­ ме СИ. При необходимости расчета чувствительности в системе СГСМ значение следует доумножить на коэффи­ циент 1СН. Для перевода полученных величин в микро­

208

С т е р ж н е в о й п р е о б р а з о в а т е л ь с д в у м я о д и н а к о в ы м и н а к л а д к а м и :

Глава VIII

ОБ Т Е К А Т Е Л И А К У С Т И Ч Е С К И Х

АН Т Е Н Н

Обтекатель является неотъемлемой частью подавля­ ющего большинства современной гидроакустической РПА. Необходимость обтекателя диктуется технически­ ми и эксплуатационными требованиями.

. Основное техническое требование— снижение вели­ чины гидродинамических помех (шумов), возникающих в потоке воды и воспринимаемых приемно-усилительны­

ееповреждения.

По способу крепления обтекатели могут быть стаци­

онарными (приваренными к корпусу судна) и съемными.

209

На судах, оборудованных РПА горизонтального дей­ ствия, наиболее широко применяются съемные обтека­ тели, позволяющие осматривать, настраивать или ремон­ тировать антенну без ее демонтажа при доковапии суд­ на или на плаву с помощью водолаза.

По конструкции и назначению стационарные обтека­ тели можно разделить на две группы: для антенн, вре­ занных в корпус судна (большинство рыбопоисковых эхолотов); для антенн, вынесенных, за обводы корпуса (гидролокаторы).

Стационарные обтекатели врезанных в корпус судна

инесколько выступающих из него антенн предназнача­ ются только для уменьшения гидродинамических помех

иустанавливаются с боков от антенны, не закрывая ее рабочей поверхности, как правило, на таких судах, где по технологическим или другим причинам невозможно

разместить антенну заподлицо с корпусом судна. Стационарные обтекатели второй группы — обтекате­

ли антенн больших габаритов, вынесенных за обводы корпуса судна.

При проектировании подобных обтекателей целесооб­ разно учитывать возможность доступа внутрь на плаву судна для осмотра, настройки или ремонта антенн. Про­ ход настройщика или оператора станции внутрь обтека­ теля может производиться из судна через специально предусмотренный для этих целей люк (после принуди­ тельного осушения обтекателя).

В процессе разработки обтекателей можно руковод­ ствоваться следующими положениями:

для обеспечения наибольшей звукопрозрачности ма­ териал обтекателя желательно выбирать с акустическим сопротивлением, близким к сопротивлению воды;

оболочки обтекателей необходимо выбирать коррозионно стойкими. Такими материалами являются не­ ржавеющая сталь, титан, сплав АМГ, пластмассы. Об­ текатели из пластмасс обладают хорошей звукопрозрачностью в широком диапазоне частот, у них ниже шумовые помехи, меньше масса;

форму обтекателя следует выбирать из условия мак­ симального снижения гидродинамических возмущений при движении судна;

обтекатель должен выдерживать максимальные гид­ родинамические или другие нагрузки.

210

Иногда к обтекателю предъявляются жесткие требо­ вания по механической прочности, например, для судов, ведущих промысел в ледовой обстановке. Создание

Рис. 90, а, б — к пояснению формул

(VIII— 1), (VIII—21.

конструкций, одновременно удовлетворяющих механи­ ческим и акустическим требованиям, затруднено. В этом случае приходится идти на снижение звукопрозрачности.

При конструировании обтекателей значительных га­ баритов применяют ребра жесткости в виде ферм с конфигурацией, соответствующей принятой форме об­ текателя.

Толщины Д ребер жесткости обтекателя, составляю-

К

щих фермы, определяют из условия А < — , при соблю-

б

дении которого и при достаточно больших расстояниях между фермами (5=8Д) * характеристики направленно­ сти антенн практически не искажаются. Затухание аку­ стической энергии в обтекателе, имеющем такие ребра жесткости, увеличивается примерно на 10%.

* X — длина зв у к о в о й волны в воде.

211

Методы расчета прочности обтекателя мы не рассмат­ риваем. Расчет можно вести по методикам, изложенным в литературных источниках [15 и 20].

Рис. 91.

В процессе проектирования гидроакустической аппа­ ратуры с антеннами, расположенными внутри обтекателя, в формулах расчета излучаемой мощности, необходимой для получения заданной дальности, следует учитывать потери энергии при прохождении звука через обшивку

обтекателя, звукопрозрачность которой оценивается ко­ эффициентом прохождения.

Энергетический коэффициент прохождения (по мощ­ ности, итенсивности) через плоскую перегородку в част­ ном случае нормального падения волны можно найти по формуле (рис. 90, а, 91—94)

212