Зона реагирования

Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет

Факультет морского приборостроения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по предмету

Техническая физика

Тема: «Зона реагирования».

 

 

 

 

Выполнил:

Студент 5-го курса ВЗФ (ЗО)

Гаркавый А.О.

Группа:6580

Проверил: к.т.н., профессор Огурцов Ю.П.

                                                                               Вариант 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Санкт-Петербург

2015 год

 

Курсовая работа

Раздел 1

Заданы: объект- источник шума, скорость его движения (v), глубина установки антенны (z) и параметры шумопеленгатора (f – рабочая частота, Δf – полоса принимаемых частот, pч чувствительность, Rп – характеристика направленности).

 

Объект – корвет;

v = 25 узлов;

z = 100 м;

f = 100 КГц

Δf = 10 КГц

Rп = cos3θ * sin2φ

pч = 0,01 Па

Раздел 2

 

Акустическим полем корабля называется область пространства, в которой распределяются акустические волны, образованные или собственно кораблем или отражающиеся от корабля. Волнообразно распространяющееся колебательное движение частиц упругой среды принято называть звуком.

Скорость распространения звука зависит от упругих свойств среды (в воздухе 330 м/сек, в воде 1500 м/сек, в стали около 5000 м/сек). Скорость распространения звука в воде зависит, кроме того, от ее физического состояния, увеличиваясь с повышением температуры, солености и гидростатического давления.

Движущийся корабль является мощным источником звука, создающим в воде акустическое поле большой интенсивности. Это поле называют гидроакустическим полем корабля (ГАПК).

В соответствии с классификацией рассмотренной ранее, ГАПК подразделяется на:

- первичное ГАПК (шумность), которое  формируется кораблем собственным  источником акустических волн;

- вторичное ГАПК (гидролакационное), которое формируется в следствии  отражающихся от корабля акустических волн излучаемых посторонним источником.

Гидроакустическое поле (шумность) корабля широко используется в стационарных, корабельных и авиационных системах обнаружения и классификации, а также системах самонаведения и неконтактных взрывателях минно-торпедного оружия.

Гидроакустическое поле корабля представляет собой совокупность наложенных друг на друга полей, создаваемых различными источниками, основными из которых являются:

Шумы, создаваемые движителями (винтами) при их вращении. Подводный шум корабля от работ гребных винтов разделяется на следующие составляющие:

- шум вращение гребного винта,

- вихревой шум,

- шум вибрации кромок лопастей  винтов («пение»),

- кавитационный шум.

Шумы, излучаемые корпусом корабля на ходу и на стоянке как результат его вибрации от работы механизмов.

Шумы, создаваемые обтеканием корпуса корабля водой при его движении.

Уровни подводного шума зависят от скорости хода корабля и от глубины погружения (для ПЛ). На скоростях хода выше критической начинается область интенсивного шумообразования. 

В процессе эксплуатации корабля шумность его по ряду причин может измениться. Так увеличению шумности способствует выработка технического ресурса корабельных механизмов, что приводит к их расцентровки, расбалансировки и увеличению вибрации. Колебательная энергия механизмов вызывает вибрации корпуса, что приводит к возмущениям в забортной среде, определяющим подводный шум.

Вибрации механизмов передаются на корпус:

- через опорные связи механизмов  с корпусом (фундаменты);

- через неопорные связи механизмов с корпусом (трубопроводы, водопроводы, кабели);

- через воздух в отсеках и  помещениях НК.

Насосы, связанные с забортной средой, передают колебательную энергию кроме указанных путей по рабочей среде трубопровода непосредственно в воду.

Шумность корабля характеризует не только его скрытность от гидроакустических средств обнаружения и степень защиты от минноторпедного оружия вероятного противника, но и определяет условия работы собственных гидроакустических средств обнаружения и целеуказания, создавая помехи работе этих средств.

Шумность имеет большое значение для подводных лодок (ПЛ) так как она во многом определяет их скрытность. Контроль за шумностью и ее снижение является важнейшей задачей всего личного состава корабля и особенно ПЛ.

В целях обеспечения акустической защиты корабля проводится ряд организационно-технических и тактических мероприятий.

К данным мероприятиям относятся следующие:

- улучшение виброакустических  характеристик механизмов;

- удаление механизмов от конструкций наружного корпуса, излучающего подводный шум, путём их установки на палубы, платформы и переборки;

- виброизоляция механизмов и  систем от основного корпуса  с помощью звукоизолирующих амортизаторов, гибких вставок, муфт, амортизирующих подвесок трубопроводов и специальных шумозащищающих фундаментов;

- вибропоглащение и звукоизоляция  звуковых вибраций фундаментных  и корпусных конструкций, систем  трубопроводов с помощью звукоизолирующих и вибродемфирующих покрытий;

- звукоизоляция и звукопоглащение воздушного шума механизмов за счет применения покрытий, кожухов, экранов, глушителей в воздуховодах;

- применение в системах забортной  воды глушителей гидродинамического шума.

Кавитационный шум снижается выполнением следующих мероприятий: 
- применение малошумных гребных винтов;

- применение низкооборотных винтов;

- увеличение числа лопастей;

- балансировка гребного винта  и линии вала.

Совокупность конструктивных мероприятий и действий личного состава направленных на снижение шумности, позволяют в значительной степени снизить уровень гидроакустического поля корабля.

 

 

 

 

 

 

Раздел 3

 

Одним из условий реагирования является превышение величиной сигнала (pc) чувствительности системы (pч).

Т.е. граница зоны реагирования определяется условием

pc = pч

Первичное акустическое поле в большинстве случаев наиболее полно характеризуется величиной звукового давления (р), которое является функцией многих параметров: типа источника шума (ИШ), скорости хода (v), частоты (f), полосы частот (Δf), расстояния (r) от ИШ, углового положения (θ, φ) и пр.

Таким образом:

 

р(ИШ) = F(v, f, Δf, r, θ, φ, …)

 

Учитывая обобщенный и приближенный характер исходных данных к заданию, примем для дальнейших вычислений приближенное соотношение:

 

p = p0 * (v/v0)k * (f0/f)m * (Δf/Δ0f)0.5 * (r0/r)n * 10-0.05β(r – r0),

 

где величина показателей степени принимается приближенно как k = 2..3, m = 1, n = 1. Расчет по приведенному соотношению в некоторой степени снижает достоверность данных, однако, в условиях отсутствия более конкретных сведений о решаемой задаче точность результатов будет соответствовать предъявляемым к контрольной работе требованиям.

Величина поля, воспринимаемая шумопеленгатором (pп) в немалой степени зависит от характеристики направленности (Rп) приемной антенны:

 

рп = p * Rп(θ,φ).

 

При движении объекта-источника параллельно оси (х) основные параметры ИШ не изменяются, поэтому проходная характеристика выражается соотношением:

 

pп = p(r) * Rп(θ,φ),

 

где аргументы r(t), θ(t), φ(t) являются функциями времени (t). Начало отсчета (t = 0) соответствует положению объекта (x = 0).

 

Раздел 4

 

В соответствии с данными, приведенными в книге У.Роберта «Основы гидроакустики», заданный ИШ ( корвет , движущийся со скоростью 15 узлов, шум на частоте 100 КГц) характеризуется в полосе 1 Гц на расстоянии 0.91 м уровнем шума L = 108 дБ относительно pн = 1 мкПа.

Величина шума для заданных условий:

 

p0 = pн * 100.05L = 10-6 * 100.05*108 = 0,251 Па

 

Коэффициент затухания (дБ/км) для исследуемой частоты вычисляется по нескольким вариантам расчетных соотношений, учитывающие различные характеристики среды распространения, в т.ч. соленость, температуру, давление и пр. В общем случае коэффициент затухания для звуковых волн определенной частоты в море определяется по графику со стр. 126 справочника Роберта Дж. Урика «Основы гидроакустики», приближенно получаем 50 дБ/км.

 

Вычисляем значения:

 

p(25узл) = p0 * (v/v0)2 * (f0/f)m * (Δf/Δ0f)0.5 * (r0/r)n * 10-0.05β(r – r0) = 0.251 *(25/15)2 * (25/100) * (10000/1)0.5 * (0.91/r) * 10-0.05*0.05(r – 0.91) = 25.3/r * 10-0.0025(r – 0.91)

 

Для получения расчетных значений проходной характеристики в зависимости от расстояния прохождения судна в оси Х от точки приема сигнала Rп получаем следующие выражения:

 

Pп = p(r) * Rп = 25.3/r * 10-0.0025(r – 0.91)* cos3θ * sin2φ

 

 

Найдем особые точки:

По аргументу φ

sin2φ = 0   При 2φ= 0, 180… град. =0+ π*n

                          φ =0+ π/2*n , n=1,2,3,4,5,6

sin2φ = 1   При 2φ= 90, 270… град. =90+ π/2*n

                          φ =45+π/2*n

 

Общее число расчетных точек по (φ) достаточно взять равным 5

3φ =0; 15; 30; 60; 90 град.

 φ =0; 7.5; 15; 30; 45 град.

 

Получаем уравнения границ зоны реагирования:

 

1) φ =7.5 ; 2φ = 15 ; sin2φ = 0.26

25.3/r * 10-0.0025(r – 0.91)* cos3θ = 0.04

 

2) φ =15 ; 2φ = 30 ; sin2φ = 0.5

25.3/r * 10-0.0025(r – 0.91)* cos3θ = 0.02

 

3) φ =30 ; 2φ = 60 ; sin2φ = 0.87

25.3/r * 10-0.0025(r – 0.91)* cos3θ = 0.015

 

4) φ =45 ; 2φ = 90 ; sin2φ = 1

         25.3/r * 10-0.0025(r – 0.91)* cos3θ = 0.01

 

Находим особые точки по аргументу θ :

 

cos3θ = 0  при 3θ = 90; 270 град.

                           θ = 30; 90 град.

 cos3θ =1  при 3θ = 0; 180 град.

                           θ = 0; 60 град.

 

 

Раздел 5

Уравнения границ зоны реагирования решаем графическим способом

с помощью программного комплекса Microsoft Excel

 

 Рис.1

 

Раздел 6

  Расчет произведем с использованием программного комплекса

Microsoft Excel, результаты расчета сведем в таблицу 1:

θ, град.	0,0	24,0	27,0	28,0	28,5	30,0	31,5
cosθ	1,00	0,91	0,89	0,88	0,88	0,87	0,85
r, м	100	109	112	113	114	115	117
cos3θ	1,00	0,31	0,16	0,10	0,08	0,00	0,08
Левая часть	0,142	0,040	0,020	0,015	0,010	0,000	0,010
θ, град.	32	33	36	75	80	81,5	83
cosθ	0,85	0,84	0,81	0,26	0,17	0,15	0,12
r, м	118	119	124	386	576	677	821
cos3θ	0,10	0,16	0,31	0,71	0,50	0,43	0,36
Левая часть	0,015	0,02	0,04	0,04	0,02	0,015	0,01

 

Табл.1

 

 

 

 

Вычисляем координаты границ зоны реагирования:

 

φ, град	θ, град	r, м	x, м	y, м	z, м
7,5	0	100	0	0	0
	24	109	44	6	44
	36	124	72	10	73
	75	386	370	49	373
15	0	100	0	0	0
	27	112	49	13	51
	33	119	63	17	65
	80	576	548	147	567
30	0	100	0	0	0
	28	113	46	27	53
	32	118	54	31	63
	81,5	677	580	335	670
45	0	100	0	0	0
	28,5	114	38	38	54
	31,5	117	43	43	61
	83	821	576	576	815