Акустические рефлекторы

Акустические рефлекторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Известны акустические рефлекторы, например, из Патента Великобритании GB 2437016 А (Министерство обороны) 10/10/2007 (введен здесь ссылкой). В Патенте Великобритании 2437016 пассивный акустический рефлектор имеет оболочку, окружающую сердечник, при этом упомянутая оболочка обеспечивает передачу акустических волн, которые падают на оболочку, в сердечник, где они фокусируются и отражаются от области оболочки, расположенной напротив области падения, создавая тем самым на выходе рефлектора отраженный акустический сигнал, и характеризующийся тем, что сердечник выполнен в форме сферы или правильного цилиндра и образован из одного или нескольких концентрических слоев материала, имеющего волновую скорость от 840 до 1500 м/с, и тем, что оболочка имеет по отношению к сердечнику такие размеры, что часть акустических волн, которые падают на оболочку, объединяется на стенке оболочки и направляется отсюда по периферийной поверхности оболочки, а затем переизлучается и структурно комбинируется с упомянутым выходным отраженным акустическим сигналом, образуя тем самым усиленный отраженный выходной акустический сигнал.

На практике было установлено, что качество таких рефлекторов не всегда предсказуемо, и, более того, в рефлекторах, выполненных в соответствии с описанной конструкцией, имеется риск искажения или поломки в некоторых ситуациях, когда рефлекторы погружаются в глубоководье или когда они поднимаются из таких глубин.

Позднее появились другие потенциальные применения акустических рефлекторов для отметки уровня под землей, газовых труб и прочих объектов, которые, в отличие от других подземных объектов, таких как электрические кабели, очень трудно обнаруживать, используя традиционные системы обнаружения на базе электромагнитных принципов.

В соответствии с настоящим изобретением, акустический рефлектор содержит оболочку, которая окружает сердечник, при этом упомянутая оболочка имеет одно или несколько акустических окон, через которые акустические волны, падающие па поверхность, передаются в сердечник, фокальную точку для отражения акустических волн, входящих в сердечник, обратно на одно из акустических окон, характеризующийся тем, что отношение скорости передачи звуковой волны в оболочке к средней скорости передачи волны в сердечнике находится в диапазоне от 2.5 до 3.4.

Предпочтительно, чтобы отношение скорости передачи звуковой волны в оболочке к средней скорости передачи волны в сердечнике находилось исключительно в диапазоне от 2.74 до 3.4.

Более предпочтительно, чтобы упомянутое отношение находилось исключительно в диапазоне от 2.74 до 2.86.

Совершенно неожиданно изобретатели обнаружили, что пиковая интенсивность эхо-сигнала от объекта возникает при отношении около 2.82, с интенсивностью -4 дБ, но внутри этого диапазона является, в общем случае, лучше чем -15 дБ, а в диапазоне от 2.5 до 3.4 - лучше, чем -10 дБ. Вне этого диапазона рефлекторы являются менее пригодными для коммерческого применения, поскольку диаметр рефлектора должен быть существенно увеличен, чтобы компенсировать пониженную интенсивность сигнала от объекта. Например, если отношение составляет 2.48, то интенсивность эхо-сигнала от объекта упадет до -27 дБ. Работа акустических рефлекторов с диаметром в диапазоне 300 мм или менее является вполне допустимой, хотя по другим причинам, которые будут объяснены ниже, практической нижней границей для коммерческих рефлекторов, работающих в подводной среде, является, по всей вероятности, 100 мм, поскольку существенно возрастают частоты, на которых рефлектор будет давать заметно увеличенные эхо-сигналы (см. параграф [0083]).

Реализация, при которой критический параметр имеет отношение к средней акустической скорости через сердечник, означает, что сердечники должны быть выполнены из смешанных материалов, например, выполнены из воды и эластомера, и это повышает возможности акустических рефлекторов противостоять транспортировке и хранению при высокой температуре, см. параграф [0133] и следующие.

Оболочки могут быть образованы неметаллами, углеродным волокном, пропитанным эпоксидным полимером, волокном из Кевлара® (арамида), волокном из Зилона® [(поли(р-фенилен-2,6-бензобисоксазол), или РВО], пропитанным эпоксидным полимером, или из полиэтиленового волокна (например, из Dyneema®). Варьированием количества волокна в таком композите скорость звука может быть настроена в соответствии с прикладной задачей.

Из потенциальных материалов металлических оболочек особенно хорошо подходят алюминий и его сплавы, поскольку оболочка из такого материала, как алюминий, отражает около 50% падающих акустических сигналов, при этом остальная часть поглощается и проходит через сердечник или оболочку. Это сравнимо, например, со сталью, где в материал проходит только относительно малый процент падающего акустического излучения, а оставшаяся часть отражается. Когда в качестве оболочки используется алюминий или один из его сплавов, сердечник предпочтительно выполнять из материала, который имеет волновую скорость порядка 1620 м/с; этому критерию отвечают и пригодны к использованию бутилкаучуки NASL-H862A и В252 (ссылка: Lastinger в меморандуме AD733978 "Speed of Sound in Four Elastomers" ("Скорость звука в четырех эластомерах"), также как удобен и пригоден RTV11, заполненный карбонатом кальция.

Однако изобретатели установили, что оболочка, выполненная из полифталамида, армированного на 25% стекловолокном, с сердечником из кремниевого эластомера RTV12, обеспечивает превосходное отражение падающих акустических волн на определенных частотах. Полифталамид, армированный на 25% стекловолокном, продается E.I. du Font de Nemours and Company под торговой маркой Zytel® HTN51G25HSL. Аналогичный полифталамид, армированный стекловолокном, продается Solvey SA под торговой маркой Amadel. Оболочки на базе полифталамида обладают особенными преимуществами в контексте этого изобретения, поскольку они являются жесткими и имеют быстрый переход из твердой фазы в жидкую фазу при температуре порядка 310°С без существенного размягчения ниже этой температуры. Такая характеристика означает, что оболочка может быть заполнена жидкими материалами сердечника ниже этой температуры, а материал сердечника будет отвердевать без риска деформации. Реализация акустических рефлекторов в соответствии с этим изобретением открывает возможность разработки отражающих устройств для всех типов прикладных задач. Можно получить полифталамиды с более высоким содержанием стекловолокна - в 35%, 45% и 60%, это предоставляет даже более жесткие оболочки, однако по мере повышения содержания стекловолокна увеличивается также хрупкость конечного изделия и скорость акустической передачи в оболочке.

Одно из особенно преимущественных применений акустического рефлектора характеризуется тем, что он содержит удлиненную, в основном, цилиндрическую структуру с центральным стержнем, действующим как сердечник, который окружен удлиненной оболочкой с трубчатым поперечным сечением.

Такой рефлектор может быть прикреплен, например, к секции трубы для отметки уровня трубы ниже поверхности воды или земли. Если несколько таких рефлекторов, например, четыре, предварительно будут прикреплены к секции трубы перед тем, как эта секция трубы будет погружаться в воду, то это предоставляет простую и экономичную систему для отметки уровня секции трубы; если все секции трубы в трубопроводе имеют такие прикрепленные к ним маркеры, то может быть размечен в целом весь трубопровод.

В другом примере осуществления изобретения акустический рефлектор, в соответствии с этим изобретением, является тороидальным.

Еще в одном примере осуществления изобретения акустический рефлектор, в соответствии с изобретением, устанавливается на подводном объекте для мониторинга размывания дна толщи воды, в которую объект должен быть помещен. Рефлектор может быть установлен на таком объекте, как часть конструкции этого объекта, до того, как объект будет помещен в воду.

Изобретение предоставляет способ мониторинга подводного размывания вокруг объекта, содержащего прикрепленный к нему по меньшей мере один акустический рефлектор в соответствии с этим изобретением, и определения местоположения упомянутого акустического рефлектора ниже естественного уровня дна толщи воды, проводимого так, что размывание может обнажать рефлектор, предоставляя возможность его обнаружения при запросе акустическим лучом. Преимущественно акустический рефлектор, в соответствии с этим изобретением, содержит подсоединяющее средство для подсоединения акустического рефлектора к тросу, кабелю или пр., которое является просто проушиной. Если рефлектор имеет сердечник из эластомера или другого неметалла, то в оболочке может быть образовано отверстие для заполнения оболочки сердечником. Это отверстие затыкается, и проушина просто прикрепляется к затычке. В качестве альтернативы рефлектор может быть установлен в сетке.

В другом примере осуществления изобретения предлагается способ мониторинга отметки уровня подводного объект или области, при этом на объекте или в области интереса расположен по меньшей мере один акустический рефлектор, в соответствии с изобретением, обеспечивая возможность обнаружения рефлектора по запросу акустическим лучом. Это может быть выполнено, например, подсоединением рефлектора к объекту или контейнеру, имеющих большую ценность и для которых существует риск потери, или к черному ящику самолета. Другой аспект изобретения состоит в присоединении такого гидролокационного рефлектора к дайверу или оснащению дайвера, и в запросе рефлектора сонаром для идентификации положений дайвера.

Другим применением рефлектора, в соответствии с изобретением, является индикация подводных млекопитающих, когда используются системы эхолокации для определения местоположения млекопитающих в определенных областях маркировкой такой области или объекта одним или несколькими гидролокационными рефлекторами, в соответствии с изобретением. При дальнейшем развитии такого применения станет возможным использование подводных млекопитающих в экономических целях, таких как идентификация, поиск или снабжение этими объектами, путем обучения таких млекопитающих распознаванию наличия акустического рефлектора, в соответствии с изобретением.

Акустические рефлекторы, в соответствии с изобретением, могут быть установлены ниже уровня моря, прикреплением рефлекторов к канату, кабелю, сетке или подобному средству, сматывая канат, кабель или сетку с барабана. Положение рефлекторов в точке их залегания может быть определено использованием буксируемой гидролокационной антенной решетки, буксируемой кораблем, на котором установлен барабан, устраняя необходимость использования для этой цели отдельных, установленных под водой гидролокационных систем.

Реализация акустических рефлекторов в соответствии с этим изобретением открывает возможность построения отражающих устройств для всех типов прикладных задач.

Дальнейшим потенциальным применением рефлекторов этого изобретения было бы предоставление возможности пеленгации относительно известного положения одного или более рефлекторов. Это могло бы быть особенно полезным для автономных подводных транспортных средств (AUVs), которые при определении местоположения базируются на инерциальных навигационных системах (INS). Хорошо известно, что для INS таких транспортных средств требуется повторная калибровка, следующая за спуском транспортного средства на глубину, и это могло бы быть достигнуто запросом рефлекторов, имеющих известные спектральные характеристики и известные положения. Для поддержки идентификации определенных рефлекторов с целью получения позиционных данных было бы удобно выставлять группу рефлекторов в определенную конфигурацию, и это могла бы быть конфигурация в форме предварительно определенной комбинации, например, на плоскости или поддоне. Тот же самый тип конфигурации может также быть полезным для определения местоположения интересующего объекта на морском дне, такого как устье скважины или клапан трубы с различными номерами, и/или для конфигураций рефлекторов, указывающих на определенный объект, подлежащий маркировке. Гидролокационный источник может быть установлен на любом традиционном носителе, таком как подводная лодка или другое обслуживаемое подводное средство, на стационарно установленном подводном сонаре, погружаемом сонаре, установленном на судне, самолете или вертолете, или на AUV.

Еще одним применением изобретения является система идентификации и нахождения подводных объектов, которая содержит пассивный гидролокационный рефлектор, присоединенный к объекту, гидролокационный передатчик и средство приема гидролокационных сигналов, отраженных от пассивного гидролокационного рефлектора. Средство приема может быть расположено вместе с передатчиком или же в некоторой другой позиции. Возможны системы триангуляции, в которых приемники расположены на трех различных позициях, а определенное положение объекта идентифицируется традиционными способами триангуляции.

Возможны многие другие применения изобретения. Эти применения включают:

- отметка уровня определенного географического местоположения подводного объекта или применение к объекту, подготавливаемому к последующему погружению одного или в комбинации с другими подобными гидролокационными рефлекторами/устройствами активной пеленгации для помощи в определении местоположения (например, красный + зеленый/красный + голубой), то есть, трубопроводов, силовых кабелей, телефонных кабелей, стационарного оборудования на морском дне;

- применение к погруженному в воду устройству или применение к устройству при его подготовке к последующему погружению, при котором будет помечаться текущее местоположение устройства внутри или на дне водяной колонны или на морском дне, то есть маркировка кабелей или других устройств, которые перемещаются или свободно, или внутри определенных границ, таких как некоторые кабели, которые перемещаются приливом и/или течением, или других перемещаемых средств;

- отметка уровня подводных частей нефтяных или газовых платформ или других частей, которые могли бы содержать такие платформы, используя по-разному настроенные рефлекторы в качестве средства идентификации владельца, функции или типа и прочих определенных категорий подводных средств;

- маркировка позиций, которые имеют подводную/навигационную важность, но когда нет необходимости прикреплять гидролокационный рефлектор к определенному оборудованию, например, как в случае морских путей, как помощь в определении положения в порту, аварийных или других навигационных опасностей, таких как коралловые рифы, подводные скалы и пр.;

- маркировка или индикация зон экономического или коммерческого интереса, например, национальных морских границ для обозначения прав добычи минералов;

- идентификация потери за борт кораблей особо ценных контейнеров или потери при крушениях самолетов, или определение местоположения и извлечение черных ящиков самолетов;

- мониторинг геофизической структуры, такой как маркировка и мониторинг движения разломов посреди океана;

- маркировка опасных объектов на морском дне для последующего их устранения, таких, например, как мины;

- слежение за дайверами.

Интересным применением изобретения является маркировка проходов или объектов при наблюдении за дельфинами и морскими свиньями, а также другими подводными млекопитающими, которые используют эхолокацию. Частота звуковых сигналов, испускаемых, например, дельфинами рода Tursiops, находится в диапазоне от 0.25 до 150 кГц. В эхолокации используются, главным образом, импульсы более высокой частоты (от 40 до 150 кГц). Пиковая частота типичных импульсов эхолокации составляет около 100 кГц, однако частота существенно изменяется в зависимости от определенной задачи эхолокации. Изготовлением гидролокационных рефлекторов для отражения на этой частоте и подсоединением таких рефлекторов к подводным объектам эти объекты могут быть маркированы для управления такими млекопитающими. В частности, можно обучать дельфинов и, по всей вероятности, распознавать определенные гидролокационные рефлекторы и использовать их для того, чтобы определять нахождение объектов в области рефлектора и уход объектов из области рефлектора.

Проблема, которая была выявлена при изготовлении акустических рефлекторов в соответствии с патентом Великобритании 2437016, когда использовался сердечник из эластомера, состоит в том, что эластомер иногда растрескивается при отверждении, что приводит к возникновению трещин внутри рефлектора, влияющих на его характеристики. Одно из предложенных решений состоит в образовании отверстия в оболочке, через это отверстие в оболочку первоначально заливается эластомер, отверждается, заливается сверху до переполнения, эластомер снова отверждается, избыточный эластомер удаляется и отверстие затыкается.

Другая потенциальная проблема состоит в существовании статистического риска того, что в рефлекторы описанного в предыдущем параграфе типа, имеющие неметаллические оболочки и развертываемые в глубоководье (больше 5000 м), может проникнуть вода. Когда этот рефлектор поднимается на поверхность, то давление некоторого количества проникшей в него воды может быть существенно больше, чем давление окружающей воды или воздуха, с риском неожиданного и катастрофического повреждения оболочки этого рефлектора.

Существующие способы изготовления могут быть в некоторых случаях обременительны и не могут быть использованы для сердечников, которые выполнены из материала, являющегося твердым, такого как металл или керамика, или которые уже отвердели или не могут свободно растекаться в неотвержденном состоянии. Хотя существуют и другие способы изготовления описанных здесь рефлекторов, желательно отыскать дешевый и универсальный способ изготовления акустических рефлекторов, который может быть адаптирован к управлению любым риском от быстрой декомпрессии захваченной ими воды.

Соответственно, акустический рефлектор, в соответствии с настоящим изобретением, характеризуется тем, что содержит оболочку, образованную из двух равных половинок, которые соединены между собой, и окружающую ядро. В сферическом рефлекторе оболочка состоит из двух полусфер, которые могут быть соединены лазерной сваркой или сваркой кручением.

Когда оболочка выполнена из материала, который может разрушаться под действием внутреннего давления, возникающего в результате декомпрессии рефлектора при его подъеме на поверхность, то половинки этой оболочки могут иметь область по их соединению с пониженным сопротивлением к внутреннему давлению.

В случае полусфер со швом сварки кручением между ними периферийная поверхность области, сваренной кручением, может иметь пониженную толщину или пониженную прочность.

Первоначально одна из двух половинок может иметь отдушину для выпуска воздушного пузыря, когда эти две половинки соединяются между собой вокруг сердечника. Эта отдушина герметизируется, когда изготовление будет завершено. Герметизация может быть адекватна материалу оболочки, включая сварку кручением небольшой затычки, заполнение пластиком и прочие.

В случае, когда оболочка выполнена из двух полусфер, открытый край одной из полусфер может иметь выступающий вверх язычок для зацепления с канавкой, образованной в соответствующем открытом крае другой полусферы. Если полусферы должны быть соединены между собой сваркой кручением, то край этого язычка и внутренняя сторона канавки могут быть поджаты одним или несколькими выступающими вверх небольшими лапками, которые расплавляются и образуют сварной шов, когда одна из полусфер быстро поворачивается относительно другой полусферы.

Если полусферы являются неметаллическим материалом, который статистически подвержен риску разрушения от внутреннего давления, то язычок первоначально может занимать около половины канавки, так что сварной материал не будет заполнять всю целиком канавку после сварки кручением, ослабляя тем самым периферийную поверхность оболочки из полифталамида, армированного стекловолокном, которая обычно могла бы разрушиться при давлении 170 МР, причем соединение полусфер могло бы быть рассчитано на разрушение в диапазоне давлений от 50 до 100 МР, позволяя безопасно понижать любое внутреннее давление.

В другом аспекте изобретения способ изготовления акустического рефлектора, в соответствии с изобретением, состоит из этапа соединения оболочки вокруг сердечника в одно целое из двух полусфер.

В сферическом акустическом рефлекторе способ изготовления стоит из соединения вместе двух полусфер вокруг сферического сердечника.

Способ изготовления может дополнительно содержать этап сварки кручением упомянутых двух полусфер между собой.

Сварка кручением может содержать этап вращения язычка, образованного на выступающем крае одной из полусфер, внутри канавки, образованной на выступающем краю другой полусферы. Дополнительно этот этап может включать в себя этап сплавления между собой выступающих вверх лапок на язычке и канавки для образования сварного шва.

Далее, что важно, способ изготовления может содержать этапы подготовки сердечника по форме и размеру, которые он должен бы иметь при использовании в рефлекторе, при этом упомянутый сердечник помещается в место, где температура ниже, чем температура, при которой сердечник должен использовался, и обеспечивается возможность всему, в основном, сердечнику достичь упомянутой температуры, далее сердечник удаляется из упомянутого места и размещается между двумя половинками оболочки, и две половинки оболочки плотно соединяются между собой.

Предпочтительно, чтобы любой воздушный пузырь имел бы возможность выбрасываться через отдушину в одной из двух половинок перед герметизацией этой отдушины.

Процесс изготовления, описанный в двух предыдущих параграфах, устраняет риск скоплений проникших воздушных пузырей и образования трещин в сердечниках, изготовленных другими способами. Единственным путем двойного контроля целостности рефлекторов, изготовленных другим способом, является неразрушающее тестирование, такое как проверка рентгеновскими лучами, после того, как рефлектор будет изготовлен. Списываемые на этой стадии затраты после завершения процесса изготовления рефлектора, который не отвечает требованиям спецификации, являются сравнительно высокими. При использовании технологии, описанной в предыдущих параграфах, целостность сердечников может быть проверена перед тем, как они будут использоваться в оболочках, когда затраты на списание являются еще низкими.

В типичном рефлекторе с кремниевым эластомером RTV 12 в качестве сердечника эластомер RTV 12 переливается в сферическую форму в том объеме, который требуется для его использования, отверждается, удаляется и обрубается вертикальный литник. Создаваемый сердечник может быть проверен на целостность и, если он является удовлетворительным в этом отношении, сердечник помещается в бытовой холодильник. Полусферы полифталамида, армированного стекловолокном, с язычком на одной полусфере и канавкой па другой полусфере, создаются традиционным путем. Сердечник из RTV 12 вынимается из холодильника и помещается в одну из полусфер. Затем другая полусфера помещается на сердечник, при этом язычок на первой полусфере зацепляется с канавкой в другой полусфере. Эти две полусферы свариваются между собой кручением, как было описано. Как только температура сердечника возвращается к температуре окружающей среды, он расширяется, нагнетая воздушный пузырь между сердечником и полусферой из небольшой отдушины в одной из полусфер. После того, как сердечник полностью примет температуру окружающей среды, например, через 24 часа, отдушина герметизируется полимером. Подобным же образом могут быть изготовлены металлические сердечники, керамические сердечники и другие сердечники из эластомеров, хотя более подходящим способом изготовления сердечников во многих обстоятельствах было бы скорее литье, чем штамповка.

Примеры осуществления изобретения будут описаны только на примерах, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1А показывает схематичное сечение сферического акустического рефлектора, в соответствии с изобретением;

Фиг.1В показывает другой вид рефлектора, изображенного с направления падающего акустического сигнала, который представлен в направлении А-А на Фиг.1А;

Фиг.2А показывает схематичное сечение сферического акустического рефлектора в соответствии с изобретением, где оболочка выполнена из материала, который имеет два акустических окна;

Фиг.2В показывает другой вид рефлектора, изображенного с направления падающего акустического сигнала, который представлен в направлении А-А на Фиг.2А;

Фиг.3 показывает подобное частичное сечение неметаллического акустического рефлектора, который имеет затычку со средством присоединения кольца;

Фиг.4 иллюстрирует применение рефлектора, установленного па вертикальном кабеле для отметки уровня объекта интереса;

Фиг.5 иллюстрирует альтернативный тому, что показан на Фиг.4, способ монтажа, использующий сеточное крепление;

Фиг.6 показывает более устойчивую защитную конструкцию;

Фиг.7 показывает защитную конструкцию, альтернативную той, что проиллюстрирована па Фиг.6;

Фиг.8 иллюстрирует прокладку линии рефлекторов из корабля;

Фиг.9 показывает секцию трубы с прикрепленными к ней удлиненными твердыми металлическими акустическими рефлекторами;

Фиг.10 - схематичное поперечное сечение акустического рефлектора по линии В-В на Фиг.9;

Фиг.11 и Фиг.12 показывают тороидальный акустический рефлектор, в соответствии с изобретением, при этом Фиг.11 - является поперечным сечением по линии А-А на Фиг.12;

Фиг.13 показывает применение акустических рефлекторов для идентификации размывания грунта вокруг объекта в воде, такого как опора моста;

Фиг.14 иллюстрирует применение акустических рефлекторов, в соответствии с изобретением, для получения под водой простой позиционной информации;

Фиг.15 - схематический чертеж более сложной системы позиционной информации, показывающий подводный аппарат, оснащенный сонаром, запрашивающим поле семи рефлекторов, в соответствии с изобретением;

Фиг.16 иллюстрирует применение широкодиапазонного передатчика и сигналов отражения, возвращаемых на одной или более трех определенных частотах, от поля того типа, что показано на Фиг.14, содержащем семь рефлекторов;

Фиг.17 иллюстрирует применение передатчика, передающего только на трех интересующих частотах, в поле на Фиг.14;

Фиг.18 иллюстрирует конфигурацию, альтернативную той, что обсуждалась со ссылкой на Фиг.16, использующую передачу сигналом широкополосного сонара, который запрашивает поле рефлекторов, при этом каждый рефлектор имеет в этом поле отличную от других характеристику отражения;

Фиг.19 показывает частотную характеристику рефлектора диаметром 200 мм и сердечником RTV12 с оболочкой из полифталамида, армированной на 25% стекловолокном;

Фиг.20А, Фиг.20В и Фиг.20С показывают различные компоненты, которые должны использоваться в процессе производства для изготовления сферического рефлектора, в соответствии с изобретением;

Фиг.21А показывает собранный акустический рефлектор, изготовленный из компонентов, которые показаны на Фиг.20А, Фиг.20В и Фиг.20С;

Фиг.21В показывает детали компоновки язычка и канавки акустического рефлектора по Фиг, 21А перед фрикционной сваркой;

Фиг.21C показывает детали компоновки язычка и канавки рефлектора по Фиг.21А после фрикционной сварки;

Фиг.22А и Фиг.22В показывают полусферическую компоновку, альтернативную компоновке по Фиг.20 и Фиг.21; и

Фиг.23А и Фиг.23В показывают полусферический рефлектор, собранный с использованием полусфер по Фиг.22А и Фиг.22В.

Из Фиг.1А и Фиг.1В следует, что акустический рефлектор 10 содержит сферическую оболочку 12, которая окружает сердечник 16. Оболочка 12 образована из полифталамида, армированного на 25% стекловолокном. Сердечник 16 выполнен из RTV 12.

Акустические волны 18, переданные от акустического источника (не показан), попадают, как показано, на внешнюю стенку 14 оболочки 12. Эта оболочка имеет окно акустической передачи 20, причем его точный диаметр зависит от диаметра оболочки, акустические волны, падающие на это окно 20, передаются через оболочку 12 и в сердечник 16.

Падающая акустическая волна, ограничиваемая окнами 20, проходит через оболочку 12 в сердечник 16 и фокусируется в фокальной точке 26 на внутренней стороне оболочки 12 напротив окна 20, отражаясь тем самым обратно в окно.

Часть падающих волн 18 соединяется в оболочке 12 и генерирует как упругую, так и поперечную волны 30, которые направляются внутри оболочки 12 вокруг ее периферийной поверхности. Самыми мощными волнами являются упругие волны. В рефлекторах, в соответствии с этим изобретением, упругие волны определенных частот, проходящие вокруг стенки оболочки 12, и отраженная акустическая волна, приходящая в фокальную точку 26 через сердечник, находятся в фазе между собой и структурно комбинируются, образуя на выходе еще более мощный отраженный акустический сигнал из фокальной точки вдоль оси рефлектора, что обеспечивает мощный эхо-сигнал 32.

Полифталамид, армированный на 25% стекловолокном, который погружен в морскую воду, имеет единственное очень широкое акустическое окно, с другой стороны, алюминий и алюминиевые сплавы имеют относительно узкое акустическое окно на каждой стороне ортогональной оси, проходящей через оболочку, в направлении входящей акустической волны. Если касательная к поверхности оболочки образует угол менее чем 65° с ортогональю, то падающие волны будут отражаться и не будут поглощаться. Однако если касательная образует угол менее чем 65°, то существует второе довольно широкое акустическое окно, концентричное с первым окном, через которое акустическая волна может входить в оболочку. Это показано на Фиг.2, где акустический рефлектор 10 содержит сферическую оболочку 12 из алюминия или алюминиевого сплава, окружающую сердечник 16. Оболочка 12 образована из алюминия. Сердечник 16 выполнен из бутилкаучука NASL-H862A или В252 (в альтернативном варианте может использоваться эластомер RTV 11 на базе кремния, насыщенный на 60% карбонатом кальция).

Акустические волны 18, переданные от акустического источника (не показан), падают, как показано, на внешнюю стенку 14 оболочки 12. Эта оболочка имеет кольцеобразное передающее окно 20, при этом его точный диаметр зависит от диаметра оболочки, акустические волны, падающие на это окно 20, передаются через оболочку 12 и в сердечник 16.

Алюминий имеет широкоугольное окно передачи приблизительно от 40° до 50°, это означает, что 50% энергии любой акустической волны, падающей на поверхность под углом приблизительно от 25° (соответствующим касательной под углом 65°) до 70°, будет проходить в алюминиевую оболочку. Эта область показана на Фиг.2А и Фиг.2В как кольцеобразное окно 20. 50% энергии волн, падающих на алюминиевую поверхность под 90° в области 22, которая является центральным круглым окном, будет также проходить в алюминий. Оставшаяся энергия отражается от поверхности рефлектора.

Падающая акустическая волна, падающая в окна 20 и 22, проходит через оболочку 12 в сердечник 16 так, что пройдя через окно 20, она следует по пути 24 с кольцеобразным поперечным сечением и фокусируется в фокальной точке 26 на внутренней стороне оболочки 12 напротив окна 22. Акустические волны, которые падают на центральное окно 22, проходят по центральному пути 28 к фокальной точке 26. Акустические волны, которые прошли через окна 20 и 22, отражаются обратно вдоль центрального пути 28.

Часть падающих волн 18 соединяется в оболочке 12 и генерирует как упругую, так и поперечную акустическую волну 30, которые направляются внутри оболочки 12 вокруг ее периферийной поверхности. Самыми сильными волнами являются упругие волны. Когда материалы, которые образуют оболочку 12 и сердечник 16, выполнены из материалов в соответствии с этим изобретением, то упругие волны определенных частот, проходящие вокруг стенки оболочки 12, и отраженная акустическая волна, приходящая в фокальную точку 26 через сердечник, находятся в фазе между собой и структурно комбинируются, образуя на выходе еще более мощный отраженный акустический сигнал из фокальной точки вдоль оси рефлектора, что обеспечивает мощный эхо-сигнал 32.

На Фиг.3 акустический рефлектор, в соответствии с этим изобретением, содержит оболочку 42 и отверстие 48, которое проходит через оболочку 42. Сердечник 46 оболочки 42 заполнен материалом эластомера RTV 12 на базе кремния. Оболочка является полифталамидом, армированным на 25% стекловолокном.

Внутренняя сторона 52 отверстия 48, соответствующая внутренней стенке 44 оболочки 42, имеет диаметр меньшей величины, чем диаметр внешней стороны 54, соответствующей внешней стенке 45 оболочки 42.

Отверстие 48 заполнено плотно посаженной в нее затычкой 50. Затычка 50 уменьшается в диаметре в направлении от внешней стороны отверстия 50 к его внутренней стороне 52. Отверстие 48 не сходится равномерно на конус, а имеет уступы 64, которые образованы на его стенке 58. Затычка 50 имеет соответствующие уступы 62 на ее боковой стенке. Ступенчатые части 64 и 62 имеют небольшие взаимодействующие лепестки, которые при быстром вращении затычки расплавляются и образуют шов фрикционной сварки 65 между ступенчатыми частями 64 и 62. В этом примере на внешней поверхности затычки имеется крепежная проушина 66, которая обеспечивает прикрепление акустического рефлектора к опоре, колонне или другому подводному объекту.

Сердечник 46 первоначально начерно заполняется материалом сердечника через отверстие 48. Как только материал сердечника будет отверждаться, то появятся какие-нибудь усадочные трещины. Затем сердечник еще более заливается материалом сердечника - слегка переполняя сердечник - и снова проводится отверждение. Излишний материал сердечника удаляется и вставляется затычка 50. В этом примере затычка 50 выполняется из алюминия, как выполнена и оболочка 42, что исключает какое-либо взаимодействие с акустическим сигналом, передаваемым вокруг оболочки. Возможна фрикционная сварка затычки 50 в отверстии 48, эта сварка проводится быстрым вращением затычки 50, расплавляющим лепестки на ступенчатых частях 64 и 62, что приводит к образованию шва фрикционной сварки 65 между ступенчатыми частями 64 и 62. Если затычка и оболочка будут выполнены из различных материалов, то лепестки можно было бы исключить, а затычка могла бы быть образована таким образом, чтобы она забивалась и склеивалась по месту. При нахождении в воде давление воды будет стремиться удерживать затычку на своем месте.

Рефлекторы этого типа имеют различные частотные характеристики для различной падающей акустической волны, и эта частотная характеристика зависит от толщины оболочки.

Для рефлектора 100 мм с сердечником RTV 12 и оболочкой из полифталамида, армированного на 25% стекловолокном, наилучшая частотная характеристика получается на 450 кГц при толщине оболочки в 7 мм, а в рефлекторе с диаметром 100 мм с оболочкой в 4 мм минимальная практическая рабочая частота составляет 250 кГц. При оболочке в 2 мм наилучшая рабочая частота составляет 690 кГц. Для рефлектора с диаметром 200 мм наилучшая частотная характеристика получается на 120 кГц при толщине оболочки в 8.8 мм. Другими заслуживающими внимания показателями являются 100 кГц при оболочке в 4.4 мм, 150 кГц - при 6.1 мм, 180 кГц - при 8.1 мм, 210 кГц - при 8.3 мм, 250 кГц - при 13.7 мм, 300 кГц - при 14.0 мм. Минимальная практическая рабочая частота для рефлектора в 200 мм составляет около 90 кГц. Для рефлектора в 300 мм минимальная рабочая частота составляет 50 кГц с рефлектором 9.8 мм (здесь должно быть "при толщине оболочки 9.8 мм"), другими примерами вариантов являются 100 кГц при толщине 9.4 мм, 150 кГц - при 7 мм, 200 кГц - при 5.5 мм и 250 кГц - при 13.7 мм. При каждой толщине стенки образуется несколько гармонических эхо-сигналов на более высоких частотах, это можно увидеть более подробно на Фиг.19 применительно к рефлектору диаметром 200 мм с толщиной стенки 8.8 мм.

На Фиг.4 с