Računalniki Windows internet

Mornarica bo kupila hidroakustične sisteme družine Kryakva. Hidroakustični sistemi podmornice v protipodmorniškem boju Značilnosti širjenja akustičnih valov v vodi

Ruska podvodna hidroakustika na prelomu XXI stoletja

Vojaška hidroakustika je elitna znanost, katere razvoj si lahko privošči le močna država

Nemec ALEKSANDROV

Z največjim znanstvenim in tehničnim potencialom (v podjetju dela 13 doktorjev in več kot 60 kandidatov znanosti) koncern razvija naslednja prednostna področja domače hidroakustike:

Večnamenski pasivni in aktivni sonarni sistemi (HAC) in sistemi (GAS) za osvetljevanje podvodnih razmer v oceanu, vključno za podmornice, površinske ladje, letala, sisteme za odkrivanje potapljačev;

Sistemi s fleksibilnimi podaljšanimi vlečnimi antenami za delovanje v širokem frekvenčnem območju za površinske ladje in podmornice, pa tudi za stacionarne;

Aktivni, pasivni in aktivno-pasivni stacionarni sonarni sistemi za zaščito območja police pred nepooblaščenim prodorom površinskih ladij in podmornic;

Hidroakustična navigacija ter sistemi za iskanje in raziskovanje«;

Hidroakustični pretvorniki, antene, kompleksno oblikovani fazni antenski nizi z do več tisoč sprejemnimi kanali;

Akustični zasloni in zvočno prosojni ohišji;

Sistemi za prenos informacij po hidroakustičnem kanalu;

prilagodljivi sistemi za obdelavo hidroakustičnih informacij v pogojih kompleksnih hidroloških akustičnih in signalno motenj;

Klasifikatorji tarč po njihovih signaturah in po fini strukturi zvočnega polja;

Merilniki hitrosti zvoka za površinske ladje in podmornice.

Koncern danes sestavlja deset podjetij, ki se nahajajo v Sankt Peterburgu in Leningradski regiji, Taganrogu, Volgogradu, Severodvinsku, Republika Karelija, vključno z raziskovalnimi inštituti, obrati za serijsko proizvodnjo hidroakustične opreme, specializiranimi podjetji za servisiranje opreme na objektih, odlagališčih odpadkov. . To je pet tisoč visokokvalificiranih strokovnjakov - inženirjev, delavcev, znanstvenikov, od katerih je več kot 25 % mladih.

Ekipa podjetja je razvila skoraj vse serijsko proizvedene GAK pl ("Rubin", "Ocean", "Rubicon", "Skat", "Skat-BDRM", "Skat-3"), številne hidroakustični kompleksi in sistemi za površinske ladje ("Platinum", "Polynom", postaja za odkrivanje potapljačev "Pallada"), stacionarni sistemi "Liman", "Volkhov", "Agam", "Dniester".

Hidroakustični kompleksi za podmornice, ki jih je ustvarilo podjetje, so edinstvena tehnična sredstva, katerih ustvarjanje zahteva najvišje znanje in bogate izkušnje na področju hidroakustike. Kot se je izrazil en duhovit, je naloga zaznavanja podmornice z iskalnikom smeri hrupa po zahtevnosti podobna nalogi zaznavanja plamena sveče na razdalji več kilometrov na svetel sončen dan, vendar je za podmornico, ki je potopljena, SAC je praktično edini vir informacij o okolju. Glavne naloge, ki jih rešuje hidroakustični kompleks podmornice, so odkrivanje podmornic, površinskih ladij, torpedov v načinu iskanja smeri hrupa, samodejno sledenje ciljem, določanje njihovih koordinat, razvrščanje ciljev, odkrivanje in iskanje smeri ciljev v sonarnem načinu, prestrezanje hidroakustičnih signalov v širokem frekvenčnem območju, zagotavljanje zvočne podvodne komunikacije na dolge razdalje, zagotavljanje pregleda bližnje situacije in varnosti plovbe, osvetlitev ledene situacije pri plovbi pod ledom, zagotavljanje zaščite ladje od min in torpedov, reševanje navigacijskih težav - merjenje hitrosti, globine itd. Poleg teh nalog mora kompleks imeti zmogljiv avtomatiziran nadzorni sistem, sistem za spremljanje lastnega hrupa, neprekinjeno mora izvajati najkompleksnejše hidrološke izračune za zagotavljanje delovanja vseh sistemov in napovedovanje stanja na območju podmornice. operacije. Kompleks ima simulatorje za vse sisteme hidroakustičnega kompleksa, ki zagotavljajo usposabljanje in usposabljanje osebja.

Osnova vsakega hidroakustičnega kompleksa so antene, fazni diskretni nizi kompleksne oblike, sestavljeni iz piezokeramičnih pretvornikov, ki naj bi zagotavljali sprejem signalov iz vodnega okolja na čolnu, ki je zaradi hidrostatičnega tlaka izpostavljen velikim obremenitvam. Naloga HAC-a je zaznati te signale v ozadju lastnega hrupa, hrupa toka, ko se čoln premika, hrupa morja, motečih ciljev in številnih drugih dejavnikov, ki prikrijejo koristen signal.

Sodobni HAC je najkompleksnejši digitalni kompleks, ki obdeluje ogromne tokove informacij v realnem času (vsaka antena kompleksa je sestavljena iz tisoč ali celo deset tisoč posameznih elementov, od katerih je vsak treba obdelati sinhrono z vsemi drugimi). Njegovo delovanje je možno le ob uporabi najnovejših večprocesorskih sistemov, ki zagotavljajo nalogo sočasnega, v prostoru in večobmočnega, po frekvenci opazovanja okoliških akustičnih polj.

Najpomembnejši in najbolj odgovoren element kompleksa so naprave za prikaz prejetih informacij. Pri ustvarjanju teh naprav se rešujejo ne le znanstvene in tehnične, temveč tudi ergonomske, psihološke težave - ni dovolj, da sprejmemo signal iz zunanjega okolja, potrebno je, da upravljavci kompleksa (in to je najmanjše število ljudje) imajo v danem trenutku popolno sliko okolja, nadzora in dejansko varnosti ladje ter gibanja različnih tarč, površinskih, podvodnih, zračnih, ki predstavljajo potencialno grožnjo ali interes za podmornico. In razvijalci nenehno uravnotežijo na robu težave - po eni strani prikažejo največjo količino informacij, ki jih obdeluje kompleks, in zahteva operater, po drugi strani pa ne kršijo Millerjevega pravila, ki omejuje količino informacij, ki jih lahko oseba asimilira hkrati.

Pomembna značilnost hidroakustičnih sistemov, zlasti anten, so zahteve po njihovi trdnosti, vzdržljivosti in zmožnosti dela brez popravil in zamenjave zelo dolgo - praviloma je nemogoče popraviti hidroakustične antene v bojnih pogojih. .

Sodobnega HAC ni mogoče obravnavati kot samozadosten, zaprt sistem, temveč le kot element integriranega sistema za nadzor podmornice, ki sprejema in uporablja nenehno posodobljene a priori informacije o ciljih iz neakustičnih sistemov za odkrivanje, izvidništvo itd. v sistem izda informacije o spreminjajoči se podvodni situaciji, ki analizira taktične situacije in izda priporočila o uporabi različnih načinov HAC v dani situaciji.

Razvoj sonarskih sistemov za podmornico je po eni strani nenehno tekmovanje z razvijalci potencialnega sovražnika, saj je najpomembnejša naloga SAC zagotoviti vsaj pariteto v dvobojni situaciji (sovražnik vas sliši in prepozna , in ste na isti razdalji), in je treba z vsemi sredstvi in ​​sredstvi povečati domet SAC, predvsem pa v pasivnem načinu iskanja smeri hrupa, ki omogoča odkrivanje ciljev, ne da bi razkrili lastno lokacijo, in pri ladjedelnikih, projektantih podmornic, po drugi strani, saj se hrup podmornic zmanjšuje z vsako novo generacijo, z vsakim novim projektom, tudi z vsako novo zgrajeno ladjo, in morate zaznati signal, ki je redov nižji po nivoju kot okoliški šumi morja. In očitno je, da je ustvarjanje sodobnega hidroakustičnega kompleksa za podmornice 21. stoletja skupno delo razvijalcev kompleksa in razvijalcev čolna, ki skupaj načrtujejo in postavljajo elemente HAC na ladjo v tako način, da je njegovo delovanje v teh pogojih najbolj učinkovito.

Izkušnje pri načrtovanju SJSC pl, ki so na voljo na našem inštitutu, nam omogočajo, da identificiramo glavna problematična področja, od katerih lahko v bližnji prihodnosti pričakujemo znatno povečanje učinkovitosti.

1. HAC s konformno in konformno pokrovno anteno

Zmanjšanje ravni hrupa podmornice, povezano s prizadevanji oblikovalcev za optimizacijo tehnične rešitve strukture njegovega trupa in mehanizmov, je povzročilo opazno zmanjšanje dosega SJSC na sodobnem trgu. Povečanje odprtine tradicionalnih anten (sferičnih ali valjastih) je omejeno z geometrijo nosu trupa. Očitna rešitev v tej situaciji je bila izdelava konformne (v kombinaciji z obrisi pl) antene, katere skupna površina in s tem energetski potencial bistveno presega tiste pri tradicionalnih antenah. Prva izkušnja pri ustvarjanju takšnih anten se je izkazala za precej uspešno.

Še bolj obetavna smer je ustvarjanje konformnih pokrivnih anten, ki se nahajajo ob strani kvadrata. Dolžina takšnih anten je lahko več deset metrov, površina pa več kot sto kvadratnih metrov. Ustvarjanje takšnih sistemov je povezano s potrebo po reševanju številnih tehničnih težav.

Konformna pokrovna antena se nahaja v območju prevladujočega vpliva nehomogenih valov, ki jih povzročajo strukturne motnje, pa tudi motnje hidrodinamičnega izvora, vključno s tistimi, ki nastanejo zaradi vzbujanja telesa s prihajajočim tokom. Akustični ščiti, ki se tradicionalno uporabljajo za zmanjšanje učinka motenj na anteni, niso dovolj učinkoviti v nizkofrekvenčnem območju anten na vozilu. Možni načini za zagotovitev učinkovitega delovanja anten na krovu, sodeč po tujih izkušnjah, so, prvič, konstruktivna postavitev najbolj hrupnih strojev in mehanizmov podmornic na način, da je njihov učinek na sisteme na krovu minimalen, in drugič, uporaba algoritemskih metod za zmanjšanje vpliva strukturnih motenj na poti SJC (prilagodljive metode za kompenzacijo strukturnih motenj, vključno z uporabo senzorjev vibracij, ki se nahajajo v neposredni bližini antene). Zdi se zelo obetavna uporaba tako imenovanih "vektorsko-faznih" metod obdelave informacij, ki omogočajo povečanje učinkovitosti kompleksa zaradi skupne obdelave tlačnih polj in vibracijske hitrosti. Drug način za zmanjšanje učinka hidrodinamičnih motenj, ki vpliva na učinkovitost konformnih pokrovnih anten, je uporaba filmskih pretvornikov (PVDF plošč), ki omogočajo, da zaradi povprečja na površini 1,0x0,5 m znatno (sodeč po podatkih v literaturi - do 20 dB) zmanjšajo vpliv hidrodinamičnih motenj na poti HJC.

2. Prilagodljivi algoritmi za obdelavo hidroakustičnih informacij, skladni z okoljem širjenja

Pod "prilagajanjem" se tradicionalno razume sposobnost sistema, da spreminja svoje parametre glede na spreminjajoče se okoljske razmere, da bi ohranil svojo učinkovitost. Kar zadeva algoritme obdelave, izraz "prilagoditev" pomeni usklajevanje (v prostoru in času) procesne poti z značilnostmi signalov in šuma. Prilagodljivi algoritmi se pogosto uporabljajo v sodobnih kompleksih, njihova učinkovitost pa je odvisna predvsem od virov strojne opreme kompleksa. Sodobnejši so algoritmi, ki upoštevajo prostorsko-časovno variabilnost kanala za širjenje signala. Uporaba takšnih algoritmov omogoča hkratno reševanje problemov odkrivanja, označevanja ciljev in klasifikacije z uporabo predhodnih informacij o kanalu širjenja signala. Vir takšnih informacij so lahko prilagodljivi dinamični oceanografski modeli, ki z zadostno zanesljivostjo napovedujejo porazdelitev temperature, gostote, slanosti in nekaterih drugih okoljskih parametrov na območju delovanja pl. Takšni modeli obstajajo in se pogosto uporabljajo v tujini. Uporaba dovolj zanesljivih ocen parametrov propagacijskega kanala omogoča, sodeč po teoretičnih ocenah, znatno povečanje natančnosti določanja ciljnih koordinat.

3. akustični sistemi, nameščeni na nadzorovanih podvodnih vozilih brez posadke, odločilne naloge polistatična detekcija v aktivnem načinu, kot tudi naloga iskanja predmetov z muljastim dnom

Sama podmornica je ogromna konstrukcija, dolga več kot sto metrov, in daleč od vseh nalog, ki jih je treba rešiti za zagotovitev lastne varnosti, je mogoče rešiti z umestitvijo hidroakustičnih sistemov na samo ladjo. Ena od teh nalog je odkrivanje pridno in muljastih predmetov, ki predstavljajo nevarnost za ladjo. Če si želite ogledati predmet, se mu morate približati čim bližje, ne da bi pri tem ogrozili lastno varnost. Eden od možnih načinov za rešitev tega problema je ustvariti nadzorovano podvodno brezpilotno vozilo, nameščeno na podmornico, ki bi se lahko približalo zanimivemu predmetu in ga razvrstilo ter ga po potrebi uničilo, samostojno ali z nadzorom preko žice oz. zvočna podvodna komunikacija. Dejansko je naloga podobna ustvarjanju samega hidroakustičnega kompleksa, vendar miniaturna, ki ima baterijsko pogonsko enoto, nameščeno na majhno napravo na lasten pogon, ki se lahko odklopi od potopljene podmornice in nato pristane nazaj, hkrati pa zagotavlja konstantno dvo- način komunikacije. V ZDA so bile takšne naprave ustvarjene in so del orožja zadnje generacije podmornic (tipa Virginia).

4. Razvoj in izdelava novih materialov za hidroakustične pretvornike, za katere je značilna nižja teža in stroški

Piezokeramični pretvorniki, ki sestavljajo podmorske antene, so izjemno zapletene zasnove, piezokeramika sama je zelo krhek material, zato je potrebno veliko truda, da postane močna, hkrati pa ohrani učinkovitost. In že kar dolgo se išče material, ki ima enake lastnosti pretvarjanja vibracijske energije v električno energijo, vendar je polimer, vzdržljiv, lahek in tehnološko napreden.

Tehnološka prizadevanja v tujini so privedla do ustvarjanja polimernih filmov tipa PVDF, ki imajo piezoelektrični učinek in so priročni za uporabo pri izdelavi površinskih anten (nameščene na krovu čolna). Problem je predvsem v tehnologiji ustvarjanja debelih filmov, ki zagotavljajo zadostno učinkovitost antene. Še bolj obetavna se zdi ideja o ustvarjanju materiala, ki ima na eni strani lastnosti piezokeramike in lastnosti zaščitni zaslon, ki zaduši (ali razprši) ​​signale sovražnikovega sonarja in zmanjša lasten hrup ladje. Tak material (piezoresin), ki se nanese na trup podmornice, dejansko naredi celoten trup ladje hidroakustično anteno, kar zagotavlja znatno povečanje učinkovitosti hidroakustičnih sredstev. Analiza tujih publikacij kaže, da je v ZDA tak razvoj že prešel v fazo prototipov, pri nas pa v tej smeri v zadnjih desetletjih ni napredka.

5. Klasifikacija ciljev

Naloga klasifikacije v hidroakustiki je najtežji problem, povezan s potrebo po določitvi razreda cilja iz informacij, pridobljenih v načinu iskanja smeri hrupa (v manjši meri, glede na podatke aktivnega načina). Na prvi pogled je problem enostavno rešljiv - dovolj je registrirati spekter hrupnega predmeta, ga primerjati z bazo podatkov in dobiti odgovor - za kakšen objekt gre, do imena poveljnika. Dejansko je spekter tarče odvisen od hitrosti, kota tarče, spekter, ki ga opazuje hidroakustični kompleks, vsebuje popačenja zaradi prehoda signala skozi naključno nehomogen propagacijski kanal (vodno okolje) in je zato odvisen od razdalja, vreme, območje delovanja in številni drugi razlogi, zaradi katerih je problem prepoznavanja po spektru praktično nerešljiv. Zato se v domači klasifikaciji uporabljajo drugi pristopi, povezani z analizo značilnih lastnosti določenega razreda tarč. Drug problem, ki zahteva resne znanstvene raziskave, a je nujno potreben, je klasifikacija pridno in muljastih predmetov, povezanih s prepoznavanjem rudnikov. Znano je in eksperimentalno potrjeno, da delfini precej samozavestno prepoznajo z zrakom in vodo napolnjene predmete iz kovine, plastike in lesa. Naloga raziskovalcev je razviti metode in algoritme, ki izvajajo enak postopek, kot ga izvaja delfin pri reševanju podobnega problema.

6. Naloga samoobrambe

Samoobramba je kompleksna naloga zagotavljanja varnosti ladje (vključno z zaščito proti torpedom), vključno z odkrivanjem, razvrščanjem, označevanjem ciljev, izdajanjem začetnih podatkov za uporabo orožja in (ali) tehnična sredstva protiukrep. Posebnost te naloge je integrirana uporaba podatkov iz različnih podsistemov SAC, identifikacija podatkov, ki prihajajo iz različnih virov, in zagotavljanje informacijske interakcije z drugimi ladijskimi sistemi, ki zagotavljajo uporabo orožja.

Navedeno je le majhen del tistih obetavnih področij raziskav, ki jih je treba opraviti za povečanje učinkovitosti ustvarjenega hidroakustičnega orožja. Toda od ideje do izdelka je dolga pot, ki zahteva napredne tehnologije, sodobno raziskovalno in eksperimentalno bazo ter razvito proizvodno infrastrukturo. potrebnih materialov za hidroakustične pretvornike in antene itd. Treba je opozoriti, da so zadnja leta za naše podjetje zaznamovala resna tehnična prenova proizvodne in preskusne baze, ki je postala mogoča zaradi financiranja številnih zveznih ciljnih programov, tako civilnih kot posebnih, ki jih izvaja ministrstvo. industrije in trgovine Ruska federacija. Zahvaljujoč tej finančni podpori je bilo v zadnjih petih letih mogoče v celoti popraviti in bistveno posodobiti največji evropski hidroakustični eksperimentalni bazen, ki se nahaja na ozemlju OAO Concern Okeanpribor, ter korenito nadgraditi proizvodne zmogljivosti serijskih obratov, ki so del koncern, zahvaljujoč kateremu je tovarna "Priboy" v Taganrogu postala najnaprednejše podjetje za izdelavo instrumentov na jugu Rusije. Ustvarjamo nove proizvodnje - piezomateriale, tiskana vezja, v prihodnosti - izgradnjo novih proizvodnih in znanstvenih področij, stojal za postavitev in zagon opreme. V 2-3 letih nam bodo proizvodne in znanstvene zmogljivosti podjetja, podprte z "banko podatkov" novih idej in razvoja, omogočile, da začnemo ustvarjati hidroakustično orožje pete generacije, tako potrebno za mornarico.

V doglednem času bodo morale podmornice in protipodmorniška letala ruske mornarice prejeti nov tip sonarskih sistemov. Po zadnjih poročilih namerava vojaški oddelek pred koncem desetletja pridobiti veliko število sredstev za sledenje podvodnih razmer. Takšni nakupi bodo omogočili opremljanje številnih podmornic, letal itd., ki so v izdelavi ali posodobljeni s sodobnimi sredstvi za odkrivanje.

Ministrstvo za obrambo je konec marca na uradni spletni strani javnih naročil izdalo novo naročilo glede nadaljnji razvoj material mornarice. Po objavljenih informacijah o razpisu načrtuje ministrstvo nakup 55 sonarskih sistemov (HAC) družine MGK-335EM-03 "Kryakva" v različnih modifikacijah. Vojaški oddelek ne bo porabil več kot 194,6 milijona rubljev za nakup vseh potrebnih izdelkov - v povprečju več kot 5,3 milijona za kompleks. Prvi kompleksi v okviru prihodnjega naročila naj bi bili dostavljeni letos. Zaključek dobav je predviden za leto 2019.

Splošna shema kompleksa MGK-335EM-05

Po objavljenih podatkih nameravajo oborožene sile kupiti komplekse Kryakva treh modifikacij, ki jim bodo omogočile opremljanje s podmornicami, protipodmorniškimi letali in stacionarnimi sistemi. Za podmornice se kupuje 16 kompleksov Kryakva-A. Enako število sistemov bi moralo prejeti pomorsko letalstvo. Za hidroakustične izvidniške postaje bo kupljenih 23 kompletov različice Kryakva-V.

Prijave na razpis sprejemamo do 17. aprila. Kmalu zatem bo podpisana pogodba za dobavo zahtevanih izdelkov, nato pa se bo začela njihova proizvodnja. Kot že omenjeno, želi vojaški resor letos prejeti prve sonarne sisteme zahtevanih tipov.

Po poročilih je hidroakustični kompleks MGK-335EM-03 "Kryakva" ustvaril koncern "Okeanpribor" (Sankt Peterburg). Ta kompleks je zasnovan za namestitev na ladje majhnega in srednjega izpodriva. Vso potrebno opremo je mogoče namestiti tako med gradnjo ladij kot med popravilom in posodobitvijo. V slednjem primeru je sistem Kryakva zamenjava za starejši kompleks MGK-355MS. Po poročilih so bile ustvarjene nove modifikacije na podlagi ladijskega kompleksa, zasnovanega za delovanje na drugih nosilcih. Posledično lahko družino SJSC Kryakva uporabljajo tudi podmornice, letala in stacionarni izvidniški sistemi.

Ne glede na nosilca imajo kompleksi podobne naloge in so v največji možni meri poenoteni. Njihova glavna naloga je iskanje podmornic. Zaznavanje cilja se izvaja v aktivnem načinu z uporabo eholokacije ali v pasivnem načinu - v tem primeru se sledi lastnemu hrupu ciljev. Poleg tega je mogoče zaznati signale iz drugih kompleksov, ki delujejo v aktivnem načinu. Prav tako je avtomatizacija Kryakva sposobna samostojno spremljati najdeno tarčo in izdajati podatke o označevanju cilja protipodmorniški obrambni napravi za nadzor ognja nosilca. Obstaja možnost avtomatizirane klasifikacije zaznanega predmeta. Kompleksi MGK-335EM-03 "Kryakva" imajo funkcijo hidroakustične komunikacije pri nizkih in visokih frekvencah. Zagotavlja tudi uporabo kodne komunikacije in identifikacije.


Arhitektura GAK MGK-335EM-03

Za izboljšanje operativnih lastnosti imajo kompleksi številne pomembne lastnosti in funkcije. Med delovanjem hidroakustičnega kompleksa se samodejno nadzoruje raven akustičnih motenj. Prav tako je avtomatizacija sposobna predvideti pričakovani obseg sistema, odvisno od trenutnih razmer. Obstajajo avtomatizirana sredstva za spremljanje delovanja vseh komponent kompleksa in spremljanje njihovega stanja. Avtomatizacija samostojno spremlja delovanje enot in izvaja diagnostiko. Če se odkrijejo težave v avtomatski način se izvaja njihova lokalizacija. Obstaja funkcija usposabljanja za operaterje, med katero se uporabljajo simulirane tarče.

V osnovni konfiguraciji, zasnovani za namestitev na površinske ladje, MGK-335EM-03 "Kryakva" SJSC vključuje več glavnih naprav, ki rešujejo različne naloge. Glavno in edino sredstvo za opazovanje in odkrivanje ciljev v tem primeru je aktivno-pasivna antena. Izdelan je v obliki valjastega telesa, opremljenega z velikim številom občutljivih elementov. Za ohranjanje želenega položaja antene med delovanjem se uporablja poseben sistem vzmetenja s stabilizacijskimi napravami. Antena ima višino 1 m in premer 1 m. Po obodu cilindra je 36 drogov z 12 elementi na vsakem.

Na krovu nosilne ladje je treba namestiti tudi generatorsko napravo, sprejemno-ojačevalno in usklajevalno napravo ter naprave za digitalno obdelavo in stabilizacijo signalov ter nadzor in nadzor. Vsi ti elementi kompleksa so med seboj povezani. Napajanje vseh komponent kompleksa se izvaja z ločeno napajalno napravo, ki je povezana s splošnimi električnimi sistemi ladje.

Na delovnem mestu upravljavca kompleksa je predlagana namestitev konzole z vsemi potrebnimi kontrolami. Podatki o podvodnem stanju, zaznanih ciljih in delovanju sonarske opreme so prikazani na dveh barvnih monitorjih. Glavni upravljalni elementi so tipkovnica in sledilna kroglica, ki se nahajata na sprednji konzoli. Nekateri gumbi in stikala so nameščeni poleg monitorjev. Razvijalec sistema Kryakva predlaga tudi uporabo daljinskega indikatorja. Na neki oddaljenosti od glavne konzole je mogoče namestiti dodaten monitor, ki prikazuje informacije o trenutni situaciji.


Antena "Mallard"

Po poročilih družina Kryakva vključuje hidroakustične sisteme več modelov, ki se med seboj razlikujejo po sestavi posebne opreme, predvsem anten in drugih sredstev za odkrivanje. Tako je v projektu MGK-335EM-01 antena podkeel dopolnjena z vlečeno fleksibilno podaljšano anteno. Kompleks MGK-335EM-02 vključuje vlečeno sevalno in fleksibilno podaljšano anteno. Izdelek MGK-335EM-04 ima pri delovanju v aktivnem načinu razširjeno frekvenčno območje, ki omogoča zaznavanje torpedov, različica Mallard MGK-335EM-05 pa ima spuščene sprejemne in oddajne antene.

Po uradnih podatkih koncerna Okeanpribor je MGK-335EM-03 Mallard sposoben zaznati podmornico z enakovrednim polmerom Re = 10 m na razdaljah do 10-12 km. Ciljne koordinate se določijo z natančnostjo 30 'z smeri. Natančnost dosega dosega 1 % lestvice razdalj. V načinu iskanja smeri hrupa je kompleks sposoben zajeti zvoke s frekvenco od 1,5 do 7 kHz. Po zaznavi cilja in odvzemu v sledenje je natančnost določanja smera 30 '. Način zaznavanja hidroakustičnih signalov, ki pomeni zaznavanje tujih HAC, ki delujejo v aktivnem načinu, vam omogoča nadzor frekvenčnega območja 1,5-7 kHz. Usmeritev do vira zaznanega signala se določi z natančnostjo 10°.

Z analizo narave prejetih odbitih ali prestreženih signalov lahko kompleks MGK-335EM-03 ugotovi, ali zaznani predmet pripada enemu ali drugemu razredu opreme. Z nekaj pomoči operaterja je hidroakustični sistem sposoben razlikovati podmornico od torpeda. Hkrati je mogoče istočasno izdati ciljno označbo protipodmorniškega orožja.

Kompleks "Kryakva" odlikujejo precej visoke značilnosti hidroakustične komunikacije, ima pa tudi nekaj posebnosti. Nizkofrekvenčna ali visokofrekvenčna komunikacija se izvaja na razdaljah do 20 km. Kodno komunikacijo, identifikacijo zaznanega predmeta ali spreminjanje razdalje do njega je mogoče izvesti na razdaljah do 30 km. S pomočjo SJSC MGK-335EM-03 lahko posadka nosilne ladje podpira telefonska povezava tako z ruskimi podmornicami kot z ladjami, ki uporabljajo frekvenčni pas Nata.


Kompleksna nadzorna plošča

Po zadnjih podatkih bo morala mornarica v letih 2017-19 prejeti 55 kompletov SJSC družine MGK-335EM-03 Kryakva v različnih konfiguracijah, namenjenih za namestitev na nosilce različnih razredov. Večino te opreme nameravajo namestiti na hidroakustičnih izvidniških postajah, druge komplekse pa bodo uporabljale podmornice in letala. Točne informacije o bodočih nosilcih naročenih kompleksov iz očitnih razlogov na ta trenutek manjka. Zaenkrat ostaja le graditi napovedi in poskušati napovedati, kakšna oprema bo opremljena s takšno opremo.

V primeru protipodmorniškega letalstva se letala Il-38 in Tu-142 najnovejših modifikacij lahko štejejo za možne nosilce novih tipov kompleksov. Zdaj je ta tehnika v popravilih in posodobitvah, med katerimi prejme različno novo opremo. Pri naslednjem projektu posodabljanja opreme je mogoče uporabiti tudi najnovejše sonarske sisteme.

Nakupljenih bo 16 kompleksov v konfiguraciji za podmornice. Verjetno bo ta oprema uporabljena pri prihodnjem popravilu obstoječih ladij relativno starih projektov. Glede na starost in opremljenost podmornic v uporabi je mogoče domnevati, da bodo vse domače jedrske in dizelsko-električne podmornice vseh obstoječih projektov. Vse ladje ruskih podmorniških sil niso opremljene s sodobnimi sredstvi za spremljanje podvodnih razmer, zato potrebujejo nove podobne izdelke. Ko bo popravilo napredovalo, bodo lahko prejeli nove naprave z izboljšano zmogljivostjo.

Zanimivo je, da v pogojih trenutnega razpisa ni klavzule o nakupu sonarskih sistemov, namenjenih za namestitev na površinske ladje. Izdelek MGK-335EM-03 je bil prvotno razvit posebej kot ladijska nadzorna naprava in šele nato je bil razvit, zaradi česar se je lahko namestil na druge nosilce. Iz nekaterih razlogov, ki niso povsem jasni, neposredni načrti vojaškega oddelka ne vključujejo nakupa ladijskega SJSC Kryakva.


Shema ladijskega kompleksa MGK-335EM-05 z dodatno spuščeno anteno

Po poročanju domačih medijev je že znano, kam bodo šli kupljeni sonarni sistemi. Ministrstvo za obrambo bo nastale izdelke razdelilo med več formacij mornarice in mornariškega letalstva, ki bodo odgovorne za izvajanje protipodmorniške obrambe. Oprema bo šla v Kronstadt, Severomorsk in Novorosijsk ter v nekatere baze na Primorskem. O drugih podrobnostih prihodnjega delovanja obetavnih sistemov še niso poročali.

Iz razpoložljivih podatkov izhaja, da bo opremljanje podmornic, letal in stacionarnih sonarskih sistemov z novimi kompleksi družine MGK-335EM-03 "Kryakva" imelo pozitivne posledice za celotno protipodmorniško obrambo flote kot celote. Pri gradnji ali modernizaciji podmornic, letal itd. prejeli bodo sodobno opremo za sledenje podvodnim objektom, kar bo ustrezno vplivalo na učinkovitost njihovega dela. Posledično se bodo dosegi in verjetnosti zaznavanja potencialno nevarnih predmetov opazno povečali.

Poleg glavnih nalog, povezanih z odkrivanjem in sledenjem različnih predmetov, se lahko novi SAC uporabljajo za prepoznavanje najdenih ciljev, izdajanje tarče za nadzorne sisteme itd. Na voljo je tudi način usposabljanja, ki olajša usposabljanje hidroakustičnih operaterjev.

Po uradnih podatkih bo vojaški resor sredi aprila zaključil sprejem prijav na nedavno objavljen razpis in začel z izbiro dobavitelja potrebne opreme. Kmalu bi se morala pojaviti pogodba o dobavi, po kateri se bo začela serijska proizvodnja GAK zahtevanih sprememb. Prve vzorce takšne opreme naj bi prejeli že letos, zadnje - najkasneje do konca leta 2019. Očitno bo dobava takšnih izdelkov potekala hkrati z gradnjo / posodobitvijo njihovih nosilcev. To pomeni, da bo domača protipodmorniška obramba najkasneje v začetku naslednjega desetletja dobila novo opremo in s tem nove priložnosti. Vse to bo pozitivno vplivalo na potencial mornarice kot celote.

Glede na spletne strani:
http://zakupki.gov.ru/
http://i-mash.ru/
http://oceanpribor.ru/
http://armsdata.net/
http://flot.com/

Ruska podvodna hidroakustika na prelomu XXI stoletja

Vojaška hidroakustika je elitna znanost, katere razvoj si lahko privošči le močna država

Nemec ALEKSANDROV

Z največjim znanstvenim in tehničnim potencialom (v podjetju dela 13 doktorjev in več kot 60 kandidatov znanosti) koncern razvija naslednja prednostna področja domače hidroakustike:

Večnamenski pasivni in aktivni sonarni sistemi (HAC) in sistemi (GAS) za osvetljevanje podvodnih razmer v oceanu, vključno za podmornice, površinske ladje, letala, sisteme za odkrivanje potapljačev;

Sistemi s fleksibilnimi podaljšanimi vlečnimi antenami za delovanje v širokem frekvenčnem območju za površinske ladje in podmornice, pa tudi za stacionarne;

Aktivni, pasivni in aktivno-pasivni stacionarni sonarni sistemi za zaščito območja police pred nepooblaščenim prodorom površinskih ladij in podmornic;

Hidroakustična navigacija ter sistemi za iskanje in raziskovanje«;

Hidroakustični pretvorniki, antene, kompleksno oblikovani fazni antenski nizi z do več tisoč sprejemnimi kanali;

Akustični zasloni in zvočno prosojni ohišji;

Sistemi za prenos informacij po hidroakustičnem kanalu;

prilagodljivi sistemi za obdelavo hidroakustičnih informacij v pogojih kompleksnih hidroloških akustičnih in signalno motenj;

Klasifikatorji tarč po njihovih signaturah in po fini strukturi zvočnega polja;

Merilniki hitrosti zvoka za površinske ladje in podmornice.

Koncern danes sestavlja deset podjetij, ki se nahajajo v Sankt Peterburgu in Leningradski regiji, Taganrogu, Volgogradu, Severodvinsku, Republika Karelija, vključno z raziskovalnimi inštituti, obrati za serijsko proizvodnjo hidroakustične opreme, specializiranimi podjetji za servisiranje opreme na objektih, odlagališčih odpadkov. . To je pet tisoč visokokvalificiranih strokovnjakov - inženirjev, delavcev, znanstvenikov, od katerih je več kot 25 % mladih.

Ekipa podjetja je razvila skoraj vse serijsko proizvedene GAK pl ("Rubin", "Ocean", "Rubicon", "Skat", "Skat-BDRM", "Skat-3"), številne hidroakustične komplekse in sistemi za površinske ladje ("Platinum", "Polynom", postaja za odkrivanje potapljačev "Pallada"), stacionarni sistemi "Liman", "Volkhov", "Agam", "Dniester".

Hidroakustični kompleksi za podmornice, ki jih je ustvarilo podjetje, so edinstvena tehnična sredstva, katerih ustvarjanje zahteva najvišje znanje in bogate izkušnje na področju hidroakustike. Kot se je izrazil en duhovit, je naloga zaznavanja podmornice z iskalnikom smeri hrupa po zahtevnosti podobna nalogi zaznavanja plamena sveče na razdalji več kilometrov na svetel sončen dan, vendar je za podmornico, ki je potopljena, SAC je praktično edini vir informacij o okolju. Glavne naloge, ki jih rešuje hidroakustični kompleks podmornice, so odkrivanje podmornic, površinskih ladij, torpedov v načinu iskanja smeri hrupa, samodejno sledenje ciljem, določanje njihovih koordinat, razvrščanje ciljev, odkrivanje in iskanje smeri ciljev v sonarnem načinu, prestrezanje hidroakustičnih signalov v širokem frekvenčnem območju, zagotavljanje zvočne podvodne komunikacije na dolge razdalje, zagotavljanje pregleda bližnje situacije in varnosti plovbe, osvetlitev ledene situacije pri plovbi pod ledom, zagotavljanje zaščite ladje od min in torpedov, reševanje navigacijskih težav - merjenje hitrosti, globine itd. Poleg teh nalog mora kompleks imeti zmogljiv avtomatiziran nadzorni sistem, sistem za spremljanje lastnega hrupa, neprekinjeno mora izvajati najkompleksnejše hidrološke izračune za zagotavljanje delovanja vseh sistemov in napovedovanje stanja na območju podmornice. operacije. Kompleks ima simulatorje za vse sisteme hidroakustičnega kompleksa, ki zagotavljajo usposabljanje in usposabljanje osebja.

Osnova vsakega hidroakustičnega kompleksa so antene, fazni diskretni nizi kompleksne oblike, sestavljeni iz piezokeramičnih pretvornikov, ki naj bi zagotavljali sprejem signalov iz vodnega okolja na čolnu, ki je zaradi hidrostatičnega tlaka izpostavljen velikim obremenitvam. Naloga HAC-a je zaznati te signale v ozadju lastnega hrupa, hrupa toka, ko se čoln premika, hrupa morja, motečih ciljev in številnih drugih dejavnikov, ki prikrijejo koristen signal.

Sodobni HAC je najkompleksnejši digitalni kompleks, ki obdeluje ogromne tokove informacij v realnem času (vsaka antena kompleksa je sestavljena iz tisoč ali celo deset tisoč posameznih elementov, od katerih je vsak treba obdelati sinhrono z vsemi drugimi). Njegovo delovanje je možno le ob uporabi najnovejših večprocesorskih sistemov, ki zagotavljajo nalogo sočasnega, v prostoru in večobmočnega, po frekvenci opazovanja okoliških akustičnih polj.

Najpomembnejši in najbolj odgovoren element kompleksa so naprave za prikaz prejetih informacij. Pri ustvarjanju teh naprav se rešujejo ne le znanstvene in tehnične, temveč tudi ergonomske, psihološke težave - ni dovolj, da sprejmemo signal iz zunanjega okolja, potrebno je, da upravljavci kompleksa (in to je najmanjše število ljudje) imajo v danem trenutku popolno sliko okolja, nadzora in dejansko varnosti ladje ter gibanja različnih tarč, površinskih, podvodnih, zračnih, ki predstavljajo potencialno grožnjo ali interes za podmornico. In razvijalci nenehno uravnovešajo na robu problema - po eni strani prikazati največjo količino informacij, ki jih kompleks obdela in jih potrebuje operater, po drugi strani pa, da ne kršijo "Millerjevega pravila", ki omejuje količino informacij, ki jih lahko oseba hkrati asimilira.

Pomembna značilnost hidroakustičnih sistemov, zlasti anten, so zahteve po njihovi trdnosti, vzdržljivosti in zmožnosti dela brez popravil in zamenjave zelo dolgo - praviloma je nemogoče popraviti hidroakustične antene v bojnih pogojih. .

Sodobnega HAC ni mogoče obravnavati kot samozadosten, zaprt sistem, temveč le kot element integriranega sistema za nadzor podmornice, ki sprejema in uporablja nenehno posodobljene a priori informacije o ciljih iz neakustičnih sistemov za odkrivanje, izvidništvo itd. v sistem izda informacije o spreminjajoči se podvodni situaciji, ki analizira taktične situacije in izda priporočila o uporabi različnih načinov HAC v dani situaciji.

Razvoj sonarskih sistemov za podmornico je po eni strani nenehno tekmovanje z razvijalci potencialnega sovražnika, saj je najpomembnejša naloga SAC zagotoviti vsaj pariteto v dvobojni situaciji (sovražnik vas sliši in prepozna , in ste na isti razdalji), in je treba z vsemi sredstvi in ​​sredstvi povečati domet SAC, predvsem pa v pasivnem načinu iskanja smeri hrupa, ki omogoča odkrivanje ciljev, ne da bi razkrili lastno lokacijo, in pri ladjedelnikih, projektantih podmornic, po drugi strani, saj se hrup podmornic zmanjšuje z vsako novo generacijo, z vsakim novim projektom, tudi z vsako novo zgrajeno ladjo, in morate zaznati signal, ki je redov nižji po nivoju kot okoliški šumi morja. In očitno je, da je ustvarjanje sodobnega hidroakustičnega kompleksa za podmornice 21. stoletja skupno delo razvijalcev kompleksa in razvijalcev čolna, ki skupaj načrtujejo in postavljajo elemente HAC na ladjo v tako način, da je njegovo delovanje v teh pogojih najbolj učinkovito.

Izkušnje pri načrtovanju SJSC pl, ki so na voljo na našem inštitutu, nam omogočajo, da identificiramo glavna problematična področja, od katerih lahko v bližnji prihodnosti pričakujemo znatno povečanje učinkovitosti.

1. HAC s konformno in konformno pokrovno anteno

Zmanjšanje ravni hrupa podmornice, povezano s prizadevanji oblikovalcev za optimizacijo tehničnih rešitev za konstrukcije njenega trupa in mehanizmov, je povzročilo opazno zmanjšanje dosega SJC vzdolž sodobnih kvadratov. Povečanje odprtine tradicionalnih anten (sferičnih ali valjastih) je omejeno z geometrijo nosu trupa. Očitna rešitev v tej situaciji je bila izdelava konformne (v kombinaciji z obrisi pl) antene, katere skupna površina in s tem energetski potencial bistveno presega tiste pri tradicionalnih antenah. Prva izkušnja pri ustvarjanju takšnih anten se je izkazala za precej uspešno.

Še bolj obetavna smer je ustvarjanje konformnih pokrivnih anten, ki se nahajajo ob strani kvadrata. Dolžina takšnih anten je lahko več deset metrov, površina pa več kot sto kvadratnih metrov. Ustvarjanje takšnih sistemov je povezano s potrebo po reševanju številnih tehničnih težav.

Konformna pokrovna antena se nahaja v območju prevladujočega vpliva nehomogenih valov, ki jih povzročajo strukturne motnje, pa tudi motnje hidrodinamičnega izvora, vključno s tistimi, ki nastanejo zaradi vzbujanja telesa s prihajajočim tokom. Akustični ščiti, ki se tradicionalno uporabljajo za zmanjšanje učinka motenj na anteni, niso dovolj učinkoviti v nizkofrekvenčnem območju anten na vozilu. Možni načini za zagotovitev učinkovitega delovanja anten na krovu, sodeč po tujih izkušnjah, so, prvič, konstruktivna postavitev najbolj hrupnih strojev in mehanizmov podmornic na način, da je njihov učinek na sisteme na krovu minimalen, in drugič, uporaba algoritemskih metod za zmanjšanje vpliva strukturnih motenj na poti SJC (prilagodljive metode za kompenzacijo strukturnih motenj, vključno z uporabo senzorjev vibracij, ki se nahajajo v neposredni bližini antene). Zdi se zelo obetavna uporaba tako imenovanih "vektorsko-faznih" metod obdelave informacij, ki omogočajo povečanje učinkovitosti kompleksa zaradi skupne obdelave tlačnih polj in vibracijske hitrosti. Drug način za zmanjšanje učinka hidrodinamičnih motenj, ki vpliva na učinkovitost konformnih pokrovnih anten, je uporaba filmskih pretvornikov (PVDF plošč), ki omogočajo, da zaradi povprečja na površini 1,0x0,5 m znatno (sodeč po podatkih v literaturi - do 20 dB) zmanjšajo vpliv hidrodinamičnih motenj na poti HJC.

2. Prilagodljivi algoritmi za obdelavo hidroakustičnih informacij, skladni z okoljem širjenja

Pod "prilagajanjem" se tradicionalno razume sposobnost sistema, da spreminja svoje parametre glede na spreminjajoče se okoljske razmere, da bi ohranil svojo učinkovitost. Kar zadeva algoritme obdelave, izraz "prilagoditev" pomeni usklajevanje (v prostoru in času) procesne poti z značilnostmi signalov in šuma. Prilagodljivi algoritmi se pogosto uporabljajo v sodobnih kompleksih, njihova učinkovitost pa je odvisna predvsem od virov strojne opreme kompleksa. Sodobnejši so algoritmi, ki upoštevajo prostorsko-časovno variabilnost kanala za širjenje signala. Uporaba takšnih algoritmov omogoča hkratno reševanje problemov odkrivanja, označevanja ciljev in klasifikacije z uporabo predhodnih informacij o kanalu širjenja signala. Vir takšnih informacij so lahko prilagodljivi dinamični oceanografski modeli, ki z zadostno zanesljivostjo napovedujejo porazdelitev temperature, gostote, slanosti in nekaterih drugih okoljskih parametrov na območju delovanja pl. Takšni modeli obstajajo in se pogosto uporabljajo v tujini. Uporaba dovolj zanesljivih ocen parametrov propagacijskega kanala omogoča, sodeč po teoretičnih ocenah, znatno povečanje natančnosti določanja ciljnih koordinat.

3. Akustični sistemi, nameščeni na nadzorovanih podvodnih vozilih brez posadke, ki rešujejo probleme polistatične detekcije v aktivnem načinu, kot tudi naloge iskanja predmetov z blatnim dnom

Sama podmornica je ogromna konstrukcija, dolga več kot sto metrov, in daleč od vseh nalog, ki jih je treba rešiti za zagotovitev lastne varnosti, je mogoče rešiti z umestitvijo hidroakustičnih sistemov na samo ladjo. Ena od teh nalog je odkrivanje pridno in muljastih predmetov, ki predstavljajo nevarnost za ladjo. Če si želite ogledati predmet, se mu morate približati čim bližje, ne da bi pri tem ogrozili lastno varnost. Eden od možnih načinov za rešitev tega problema je ustvariti nadzorovano podvodno brezpilotno vozilo, nameščeno na podmornico, ki bi se lahko približalo zanimivemu predmetu in ga razvrstilo ter ga po potrebi uničilo, samostojno ali z nadzorom preko žice oz. zvočna podvodna komunikacija. Dejansko je naloga podobna ustvarjanju samega hidroakustičnega kompleksa, vendar miniaturna, ki ima baterijsko pogonsko enoto, nameščeno na majhno napravo na lasten pogon, ki se lahko odklopi od potopljene podmornice in nato pristane nazaj, hkrati pa zagotavlja konstantno dvo- način komunikacije. V ZDA so bile takšne naprave ustvarjene in so del orožja zadnje generacije podmornic (tipa Virginia).

4. Razvoj in izdelava novih materialov za hidroakustične pretvornike, za katere je značilna nižja teža in stroški

Piezokeramični pretvorniki, ki sestavljajo podmorske antene, so izjemno zapletene zasnove, piezokeramika sama je zelo krhek material, zato je potrebno veliko truda, da postane močna, hkrati pa ohrani učinkovitost. In že kar dolgo se išče material, ki ima enake lastnosti pretvarjanja vibracijske energije v električno energijo, vendar je polimer, vzdržljiv, lahek in tehnološko napreden.

Tehnološka prizadevanja v tujini so privedla do ustvarjanja polimernih filmov tipa PVDF, ki imajo piezoelektrični učinek in so priročni za uporabo pri izdelavi površinskih anten (nameščene na krovu čolna). Problem je predvsem v tehnologiji ustvarjanja debelih filmov, ki zagotavljajo zadostno učinkovitost antene. Še bolj obetavna je zamisel o ustvarjanju materiala, ki ima na eni strani lastnosti piezokeramike in lastnosti zaščitnega zaslona, ​​ki duši (ali razprši) ​​sonarske signale sovražnika in zmanjšuje lastni hrup ladje. Tak material (piezoresin), ki se nanese na trup podmornice, dejansko naredi celoten trup ladje hidroakustično anteno, kar zagotavlja znatno povečanje učinkovitosti hidroakustičnih sredstev. Analiza tujih publikacij kaže, da je v ZDA tak razvoj že prešel v fazo prototipov, pri nas pa v tej smeri v zadnjih desetletjih ni napredka.

5. Klasifikacija ciljev

Naloga klasifikacije v hidroakustiki je najtežji problem, povezan s potrebo po določitvi razreda cilja iz informacij, pridobljenih v načinu iskanja smeri hrupa (v manjši meri, glede na podatke aktivnega načina). Na prvi pogled je problem enostavno rešljiv - dovolj je registrirati spekter hrupnega predmeta, ga primerjati z bazo podatkov in dobiti odgovor - za kakšen objekt gre, do imena poveljnika. Dejansko je spekter tarče odvisen od hitrosti, kota tarče, spekter, ki ga opazuje hidroakustični kompleks, vsebuje popačenja zaradi prehoda signala skozi naključno nehomogen propagacijski kanal (vodno okolje) in je zato odvisen od razdalja, vreme, območje delovanja in številni drugi razlogi, zaradi katerih je problem prepoznavanja po spektru praktično nerešljiv. Zato se v domači klasifikaciji uporabljajo drugi pristopi, povezani z analizo značilnih lastnosti določenega razreda tarč. Drug problem, ki zahteva resne znanstvene raziskave, a je nujno potreben, je klasifikacija pridno in muljastih predmetov, povezanih s prepoznavanjem rudnikov. Znano je in eksperimentalno potrjeno, da delfini precej samozavestno prepoznajo z zrakom in vodo napolnjene predmete iz kovine, plastike in lesa. Naloga raziskovalcev je razviti metode in algoritme, ki izvajajo enak postopek, kot ga izvaja delfin pri reševanju podobnega problema.

6. Naloga samoobrambe

Samoobramba je zapletena naloga zagotavljanja varnosti ladje (vključno z zaščito proti torpedom), ki vključuje odkrivanje, razvrščanje, označevanje ciljev in izdajo začetnih podatkov za uporabo orožja in (ali) protiukrepov. Posebnost te naloge je integrirana uporaba podatkov iz različnih podsistemov SAC, identifikacija podatkov, ki prihajajo iz različnih virov, in zagotavljanje informacijske interakcije z drugimi ladijskimi sistemi, ki zagotavljajo uporabo orožja.

Navedeno je le majhen del tistih obetavnih področij raziskav, ki jih je treba opraviti za povečanje učinkovitosti ustvarjenega hidroakustičnega orožja. Toda od ideje do izdelka je dolga pot, ki zahteva napredne tehnologije, sodobno raziskovalno in eksperimentalno bazo, razvito infrastrukturo za proizvodnjo potrebnih materialov za hidroakustične pretvornike in antene itd. Treba je opozoriti, da so zadnja leta za naše podjetje zaznamovala resna tehnična prenova proizvodne in preskusne baze, ki je postala mogoča zaradi financiranja številnih zveznih ciljnih programov, tako civilnih kot posebnih, ki jih izvaja ministrstvo. industrije in trgovine Ruske federacije. Zahvaljujoč tej finančni podpori je bilo v zadnjih petih letih mogoče v celoti popraviti in bistveno posodobiti največji evropski hidroakustični eksperimentalni bazen, ki se nahaja na ozemlju OAO Concern Okeanpribor, ter korenito nadgraditi proizvodne zmogljivosti serijskih obratov, ki so del koncern, zahvaljujoč kateremu je tovarna "Priboy" v Taganrogu postala najnaprednejše podjetje za izdelavo instrumentov na jugu Rusije. Ustvarjamo nove proizvodnje - piezomateriale, tiskana vezja, v prihodnosti - izgradnjo novih proizvodnih in znanstvenih področij, stojal za postavitev in zagon opreme. V 2-3 letih nam bodo proizvodne in znanstvene zmogljivosti podjetja, podprte z "banko podatkov" novih idej in razvoja, omogočile, da začnemo ustvarjati hidroakustično orožje pete generacije, tako potrebno za mornarico.

Hidroakustika (iz grščine. hidro- voda, akustikokok- slušni) - znanost o pojavih, ki se pojavljajo v vodnem okolju in so povezani s širjenjem, oddajanjem in sprejemom akustičnih valov. Vključuje razvoj in izdelavo hidroakustičnih naprav, namenjenih uporabi v vodnem okolju.

Zgodovina razvoja

Hidroakustika- znanost, ki se v današnjem času hitro razvija in ima nedvomno veliko prihodnost. Pred njenim nastankom je bila dolga pot razvoja teoretične in uporabne akustike. Prve informacije o manifestaciji človeškega zanimanja za širjenje zvoka v vodi najdemo v zapiskih znanega renesančnega znanstvenika. Leonardo da Vinci :

Prve meritve razdalje s pomočjo zvoka je opravil ruski raziskovalec akademik Ya. D. Zakharov. 30. junija 1804 je v znanstvene namene poletel z balonom in pri tem letu je uporabil odboj zvoka od zemeljske površine za določitev višine leta. Medtem ko je bil v košu z žogo, je glasno zavpil v rog navzdol. Po 10 sekundah je prišel izrazito slišen odmev. Iz tega je Zakharov zaključil, da je višina žoge nad tlemi približno 5 x 334 = 1670 m. Ta metoda je bila osnova za radio in sonar.

Hkrati z razvojem teoretičnih vprašanj v Rusiji so se izvajale praktične študije o pojavih širjenja zvokov v morju. Admiral S. O. Makarov v letih 1881-1882 predlagal uporabo naprave, imenovane fluktometer, za prenos informacij o hitrosti toka pod vodo. To je pomenilo začetek razvoja nove veje znanosti in tehnologije - hidroakustična telemetrija.

Shema hidrofonske postaje Baltskega obrata, model 1907: 1 - vodna črpalka; 2 - cevovod; 3 - regulator tlaka; 4 - elektromagnetni hidravlični zaklop (telegrafski ventil); 5 - telegrafski ključ; 6 - hidravlični membranski oddajnik; 7 - krov ladje; 8 - rezervoar z vodo; 9 - zaprt mikrofon

V 1890-ih letih v Baltski ladjedelnici so se na pobudo kapitana 2. ranga M. N. Beklemisheva začela dela na razvoju hidroakustičnih komunikacijskih naprav. Prvi preizkusi hidroakustičnega oddajnika za podvodno komunikacijo so bili izvedeni konec 19. stoletja. v eksperimentalnem bazenu v pristanišču Galernaya v Sankt Peterburgu. Vibracije, ki jih je oddajal, so bile dobro slišane 7 milj na plavajočem svetilniku Nevsky. Kot rezultat raziskav leta 1905. ustvaril prvo hidroakustično komunikacijsko napravo, pri kateri je posebna podvodna sirena, ki jo upravlja telegrafski ključ, igrala vlogo oddajnika, ogljikov mikrofon, pritrjen od znotraj na ladijskem trupu, pa je služil kot sprejemnik signala. Signale so posneli z Morsejevim aparatom in s sluhom. Kasneje so sireno zamenjali z oddajnikom membranskega tipa. Učinkovitost naprave, imenovane hidrofonska postaja, se je znatno povečala. Morske preizkušnje nove postaje so potekale marca 1908. na Črnem morju, kjer je doseg zanesljivega sprejema signala presegel 10 km.

Prve serijske postaje za zvočno podvodno komunikacijo, ki jo je oblikovala Baltska ladjedelnica v letih 1909-1910. nameščen na podmornicah "krap" , "gudgeon" , "sterlet" , « Skuša» in « Ostriž». Pri nameščanju postaj na podmornicah, da bi zmanjšali motnje, je bil sprejemnik nameščen v posebnem ohišju, vlečenem za krmo na kabelskem kablu. Britanci so do podobne odločitve prišli šele med prvo svetovno vojno. Potem je bila ta ideja pozabljena in šele konec petdesetih let prejšnjega stoletja je bila ponovno uporabljena različne države pri ustvarjanju hrupno odpornih sonarnih ladijskih postaj.

Zagon za razvoj hidroakustike je bil prva svetovna vojna. Med vojno v državi Antanta utrpela velike izgube trgovca in mornarice zaradi delovanja nemških podmornic. Treba je bilo najti sredstva za boj proti njim. Kmalu so jih našli. Podmornico v potopljenem položaju je mogoče slišati po hrupu, ki ga povzročajo propelerji in upravljalni mehanizmi. Poklicana je bila naprava, ki zazna hrupne predmete in določi njihovo lokacijo iskalnik smeri hrupa. Francoski fizik P. Langevin je leta 1915 predlagal uporabo občutljivega sprejemnika iz soli Rochelle za prvo postajo za iskanje smeri hrupa.

Osnove hidroakustike

Značilnosti širjenja akustičnih valov v vodi

Komponente dogodka pojava odmeva.

Začetek celovitega in temeljne raziskave o širjenju akustičnih valov v vodi se je uveljavilo med drugo svetovno vojno, kar je narekovala potreba po reševanju praktičnih problemov mornarice in predvsem podmornic. Eksperimentalno in teoretično delo se je nadaljevalo v povojnih letih in povzelo v številnih monografijah. Kot rezultat teh del so bile identificirane in izpopolnjene nekatere značilnosti širjenja akustičnih valov v vodi: absorpcija, dušenje, odboj in lom.

Absorpcijo energije akustičnega valovanja v morski vodi povzročata dva procesa: notranje trenje medija in disociacija v njem raztopljenih soli. Prvi proces pretvori energijo akustičnega valovanja v toplotno energijo, drugi proces pa, ko se pretvori v kemično energijo, pripelje molekule iz ravnotežja in te razpadejo na ione. Ta vrsta absorpcije se močno poveča s povečanjem frekvence akustične vibracije. Prisotnost suspendiranih delcev, mikroorganizmov in temperaturnih anomalij v vodi vodi tudi do slabljenja akustičnega valovanja v vodi. Praviloma so te izgube majhne in so vključene v celotno absorpcijo, včasih pa so lahko, kot na primer pri razprševanju po ladji, tudi do 90%. Prisotnost temperaturnih anomalij vodi v dejstvo, da zvočni val vstopi v cone akustične sence, kjer se lahko večkrat odseva.

Prisotnost vmesnikov voda-zrak in voda-dno vodi do odboja akustičnega vala od njih, in če se v prvem primeru zvočni val popolnoma odbije, je v drugem primeru koeficient odboja odvisen od materiala dna: slabo odraža blatno dno, dobro peščeno in skalnata. Na majhni globini zaradi ponavljajočega se odboja zvočnega vala med dnom in površino nastane podvodni zvočni kanal, v katerem se lahko zvočni val širi na velike razdalje. Spreminjanje vrednosti hitrosti zvoka na različnih globinah vodi do ukrivljenosti zvočnih "žarkov" - loma.

Lom zvoka (ukrivljenost poti zvočnega snopa)

Lom zvoka v vodi: a - poleti; b - pozimi; na levi - sprememba hitrosti z globino.

Hitrost širjenja zvoka se spreminja glede na globino, spremembe pa so odvisne od letnega časa in dneva, globine rezervoarja in številnih drugih razlogov. Zvočni žarki, ki izhajajo iz vira pod določenim kotom proti obzorju, so upognjeni, smer ovinka pa je odvisna od porazdelitve zvočnih hitrosti v mediju: poleti, ko so zgornje plasti toplejše od spodnjih, se žarki upognejo. navzdol in se večinoma odbijajo od dna, hkrati pa izgubijo pomemben del svoje energije; pozimi, ko spodnje plasti vode ohranjajo svojo temperaturo, medtem ko se zgornje plasti ohladijo, se žarki upogibajo navzgor in se večkrat odbijajo od površine vode, pri čemer se izgubi veliko manj energije. Zato je pozimi razdalja širjenja zvoka večja kot poleti. Na širjenje zvoka v morskem okolju odločilno vplivata vertikalna porazdelitev hitrosti zvoka (VSDS) in gradient hitrosti. Porazdelitev hitrosti zvoka v različnih regijah Svetovnega oceana je različna in se spreminja s časom. Obstaja več tipičnih primerov VRSZ:

Razpršitev in absorpcija zvoka zaradi nehomogenosti medija.

Širjenje zvoka v podvodnem zvoku. kanal: a - sprememba hitrosti zvoka z globino; b - pot žarkov v zvočnem kanalu.

Za širjenje zvokov visoka frekvenca ko so valovne dolžine zelo majhne, ​​so prizadete majhne nehomogenosti, ki jih običajno najdemo v naravnih rezervoarjih: plinski mehurčki, mikroorganizmi itd. Te nehomogenosti delujejo na dva načina: absorbirajo in razpršijo energijo zvočnih valov. Posledično se s povečanjem frekvence zvočnih vibracij zmanjša obseg njihovega širjenja. Ta učinek je še posebej opazen v površinski plasti vode, kjer je največ nehomogenosti.

Razpršenost zvoka zaradi heterogenosti, pa tudi nepravilnosti na površini vode in dna povzroča pojav podvodni reverb spremljanje pošiljanja zvočnega impulza: zvočni valovi, ki se odbijejo od niza nehomogenosti in se združijo, povzročijo zaostritev zvočnega impulza, ki se nadaljuje po njegovem prenehanju. Meje razpona širjenja podvodnih zvokov omejujejo tudi lastni šumi morja, ki imajo dvojni izvor: nekateri šumi nastanejo zaradi udarcev valov na vodno gladino, od morskega valovanja, od hrup kotajočih se kamenčkov itd.; drugi del je povezan z morsko favno (zvoki, ki jih proizvajajo hidrobioti: ribe in druge morske živali). Biohidroakustika se ukvarja s tem zelo resnim vidikom.

Razdalja širjenja zvočnih valov

Obseg širjenja zvočnih valov je kompleksna funkcija frekvence sevanja, ki je edinstveno povezana z valovno dolžino zvočnega signala. Kot je znano, se visokofrekvenčni zvočni signali hitro oslabijo zaradi močne absorpcije v vodnem okolju. Nasprotno, nizkofrekvenčni signali se lahko širijo v vodnem okolju na velike razdalje. Tako se lahko zvočni signal s frekvenco 50 Hz širi v oceanu na razdalje tisoče kilometrov, medtem ko ima signal s frekvenco 100 kHz, značilno za sonar s stranskim pregledom, razpon širjenja le 1-2 km. Približni razponi sodobnih sonarjev z različnimi frekvencami akustičnega signala (valovna dolžina) so podani v tabeli:

Področja uporabe.

Hidroakustika je dobila široko praktično uporabo, saj še ni bil ustvarjen učinkovit sistem za prenos elektromagnetnih valov pod vodo na kakršno koli veliko razdaljo, zato je zvok edino možno komunikacijsko sredstvo pod vodo. Za te namene se uporabljajo zvočne frekvence od 300 do 10.000 Hz in ultrazvok od 10.000 Hz in več. Kot oddajniki in sprejemniki v zvočnem območju se uporabljajo elektrodinamični in piezoelektrični oddajniki in hidrofoni, v ultrazvočnem območju pa piezoelektrični in magnetostriktivni.

Najpomembnejše uporabe hidroakustike so:

  • Za reševanje vojaških problemov;
  • Pomorska plovba;
  • Zvočna podvodna komunikacija;
  • Izvidništvo pri iskanju rib;
  • Oceanološke raziskave;
  • Področja dejavnosti za razvoj bogastva dna oceanov;
  • Uporaba akustike v bazenu (doma ali v vadbenem centru za sinhronizirano plavanje)
  • Usposabljanje morskih živali.

Opombe

Literatura in viri informacij

LITERATURA:

  • V.V. Shuleikin Fizika morja. - Moskva: "Nauka", 1968. - 1090 str.
  • I.A. romunski Osnove hidroakustike. - Moskva: "Ladjedelništvo", 1979. - 105 str.
  • Yu.A. Koryakin Hidroakustični sistemi. - Sankt Peterburg: "Znanost Sankt Peterburga in morska moč Rusije", 2002. - 416 str.