CC BY
74
УДК 621.396.965.621.391.26
Е.А. Самойличенко
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ГИДРОЛОГО-АКУСТИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЛС
В статье рассматриваются результаты экспериментальных исследований влияния гидролого-акустической обстановки на характеристики работы гидролокационной станции.
Гидролокационная станция; гидролокатор; эхосигналы; эхограммы; закон Снелля; формулы Вильсона; вертикальное распределение скорости звука; гидроло-го-акустическая обстановка; лучевая картина.
E.A. Samoylichenko
EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF THE INFLUENCE
OF HYDROLOGICO-ACOUSTICAL ENVIRONMENT ON SONAR
BEHAVIOUR
Experimental investigations of the influence of hydrologico-acoustical environment on sonar behaviour are described in this article.
Sonar; echo-signals; the law of Snell; Wilson formula; vertical assignment of sound velocity; radial picture.
Одной из главных характеристик гидролокационной станции (ГЛС) является дальность действия. Дальность действия ГЛС зависит не только от энергетических и геометрических параметров станции, но и от гидролого-акустической обстановки водной среды в области установки локатора. Это объясняется тем фактом, что водная среда является акустически неоднородной, и при прохождении через неё звуковые волны непрерывно преломляются на каждом водном горизонте в соответствии с законом Снеллиуса [1]. Исходя из формулы Вильсона [1], неоднородность водной среды определяется в основном зависимостью вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) от глубины.
В данной статье рассматриваются результаты экспериментальных исследований влияния гидролого-акустической обстановки на характеристики работы ГЛС.
В качестве водоёма использовался испытательный полигон ЮФУ «Г олубое озеро». Это водоем искусственного происхождения. Озеро возникло на месте каменного карьера в результате заполнения его грунтовыми и дождевыми водами. Голубое озеро представляет собой водоем вытянутой формы с максимальным и минимальным диаметрами 470 и 220 м, соответственно. Берега озера покрыты камышом. Вода озера пресная. Дно озера каменистое, покрыто слоем илистых отложений. Средняя глубина - 14 метров. Глубина в месте установки ГЛС 4,2 метра.
Исследования проводились с помощью следующего оборудования:
1) опытный образец параметрической гидролокационной станции;
2) измерительный зонд фирмы “Valeport”;
3) персональный компьютер.
Пространственная изменчивость поля скорости звука в воде является важнейшим фактором, непосредственно определяющим реальную дальность действия гидроакустических средств. Для определения степени влияния этого фактора на условия проведения и результаты испытаний проводились замеры вертикального
распределения скорости звука, а также температуры и гидростатического давления в воде в различных точках полигона.
Результаты измерений показали, что поле скорости звука в воде имеет выраженную временную и пространственную изменчивость. При этом вариации скорости звука в вертикальной плоскости значительно превосходят ее изменения по горизонтали. Основной причиной сильной вертикальной изменчивости скорости звука (от 1495 на поверхности до 1420 на дне, рис. 1) является понижение температуры воды с глубиной (от 22°-24° на поверхности до 3.2° на дне), обусловленное непрерывным действием источников грунтовых вод на дне водоема.
Рис. 1. Зависимость вертикального распределения скорости звука
от глубины
Как известно, такая термоклинная структура водных масс является достаточно устойчивой. Особенностью ВРСЗ является наличие отрицательного градиента с увеличением глубины. Для такого типа ВРСЗ характерно антиволноводное распространение звука, что приводит к уменьшению дальности действия ГЛС.
Перед проведением объектовых испытаний ГЛС производилось измерение ВРСЗ (рис. 1) в различных точках акватории в пределах суммарного сектора обзора устройства. По результатам измерений ВРСЗ строились лучевые картины распространения акустических волн и определялось оптимальное в данных условиях заглубление ГЛС (рис. 2). На рис. 2, а, б и в показаны лучевые картины, для глубин установки ГЛС 0,5 м, 1 м и 1,5 м соответственно.
а
О 20 40 вО 80 ЮО 120 140 1вО 130 200 220 240 2в0 230 300 320 340 ЗвО 380 400 420 440 480 480 500
б
в
Рис. 2. Распространение лучей
На рис. 3 приведена эхограмма, полученная с помощью ГЛС при благоприятной гидролого-акустической обстановке. Имитатор цели двигался во втором секторе обзора и обнаруживался оператором вплоть до расстояний 350м. При этом амплитуда сигнала изменялась в среднем монотонно по закону, близкому к 1/г2.
Рис. 3. Работа ГЛС при относительно благоприятной гидролого-акустической обстановке
Временная изменчивость гидролого-акустической обстановки на полигоне может приводить к значительному уменьшению дальности действия ГЛС (рис. 4) и потере акустического контакта с объектом (рис. 5).
iJ J ±1
Рис. 4. Ограничение дальности действия ГЛС неблагоприятной гидролого-акустической обстановкой
Рис. 5 соответствует лучевой картине на рис. 2, б.
Рис. З. Потеря акустического контакта с объектом в диапазоне расстояний 160-200 м
Временные потери контакта с объектом соответствуют участкам, на которых отсутствуют звуковые волны (40 - 80 м, 180 - 220 м и 300 - 360 м, при движении объекта на глубине до 3 м). Из-за временной изменчивости гидрологоакустической обстановки необходимо периодически корректировать глубину установки ГЛС. Из рис. 2 видно, что при одинаковой гидролого-акустической обстановке можно добиться на рис. 2, б «озвученность» водоёма больше, чем на рис. 2,
а и в. Также, из рис. 2, б видно, что прямые лучи распространяются на глубине установки ГЛС лишь до 160 м. Дальше проникают только отражённые от дна лучи. Отражённые лучи вносят большие погрешности определения дистанции до объекта и силы отражения. Эти погрешности можно уменьшить, если в расчётах параметров объекта использовать картину распространения лучей, рассчитанную с учётом рельефа дна.
На гидролого-акустическую обстановку сильно влияют особенности водоёма и климатические условия в месте установки ГЛС.
Гидролого-акустическая обстановка водоёма накладывает значительные ограничения на дальность работы ГЛС и на наличие «мёртвых зон». В отдельных случаях дальность действия ГЛС может уменьшаться в несколько раз.
Для достижения максимальной дальности действия ГЛС необходимо учитывать временную изменчивость гидролого-акустической обстановки водоёма и корректировать в соответствии с ней глубину установки гидролокатора.
При установке ГЛС в водоём на длительное время необходимо производить батиметрию и учитывать её результаты при расчёте лучевых картин и определении параметров обнаруженных объектов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Свердлин Г.М. Прикладная гидроакустика: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Судостроение, 1990. - 320 с., ил.
2. Справочник по гидроакустике / А.П. Евтютов, А.Е. Колесников, Е.А. Корепин и др. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988. - 522 с. (Библиотека инженера-гидроакустика).
3. Гидроакустическая энциклопедия/ Под общ. ред. В.И. Тимошенко; ред. кол. Л.М. Бре-ховских, Н.А. Дубровский, О.В. Руденко и др. - Таганрог: Изд-тво ТРТУ, 1999. - 788 с
4. Половинкин В.В. Гидроакустические поля морских объектов:Учебное пособие - Москва: МАИ, 2002. - 52 с. ISBN 5-7035-2568-3.
Самойличенко Евгений Александрович,
Особое конструкторское бюро “Ритм” Южного федерального университета Е-mail: [email protected].
347900, г. Таганрог, ул. Петровская, 99 Тел. +7(8634)311933
Samoylichenko Evgeniy Aleksandrovich Е-mail: [email protected]
Southern Federal University Specialized Design Bureau “RITM”
81, Petrovskay street, Taganrog, 347900, Russia Phone: +7(8634)311933
УДК 681.51
Т.А. Мотиенко
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИМ РУЛЕВЫМ ПРИВОДОМ
В статье рассматривается полная нелинейная математическая модель электрогидравлического привода летательного аппарата и на основании методов синергетической теории управления синтезируется регулятор.
Математическая модель; электрогидравлический привод; летательный аппарат.
