Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị liên lạc thủy âm

Phản xạ và khúc xạ sóng âm

Khi đó, chuyển động súng trong mụi trường thứ nhất là kết hợp của sóng tới và sóng phản xạ, trong môi trường thứ hai - chỉ cú súng khúc xạ lan truyền. Vì thế, sự phụ thuộc của nghiệm vào t và (y, z) vẫn được giữ nguyên trong toàn bộ không gian và thời gian, tức là ω, ky, kz của sãng phản xạ và sóng khúc xạ vẫn giữ nguyên như trong sóng tới (kx theo hướng vuông góc với mặt phân cách không giống nhau).

HÊp thụ năng lượng âm trong nước

Ngoài ra, các đặc trưng lan truyền của sóng âm trong đại dương phụ thuộc vào một loạt thụng số khác, đ−ợc khái quát hoá thành độ ồn. Nhỡn chung, sự tổn hao năng lượng súng õm trong nước biển lớn hơn trong nước ngọt hàng chục lần, vỡ trong nước biển cú muối hoà tan.

Hấp thụ năng lượng khi súng õm phản xạ trờn bề mặt vật rắn Ta xem xét hiện tượng hấp thụ năng lượng khi sóng âm phản xạ trên

Vì mật độ trung bình của dòng năng lượng trên một đơn vị diện tích bề mặt là. Trong [6] có dẫn biểu thức tớnh hấp thụ âm khi phản xạ ở góc bất kỳ, theo đó hấp thụ sóng âm trên bề mặt rắn là rất lớn.

Đặc trưng lan truyền súng õm trong nước biển

Trong đại dương bao la thường gặp hiện tượng tồn tại lớp bề mặt đồng nhất (đẳng nhiệt) hay gradient nhiệt độ dương không lớn, mà dưới đó có lớp nước với gradient nhiệt độ âm. Trong những điều kiện ấy, tia âm phát ra dưới góc θ trong lớp bề mặt sẽ bị bẻ cong và trở thành tia ngang trên biên của 2 lớp nước. Tất cả các tia phát ra dưới góc nhỏ hơn θ đều bị uốn cong về phía trên và không chạm được biên phân cách 2 lớp nước. Tất cả các tia phát ra dưới góc lớn hơn θ sẽ bị uốn cong về phía dưới, xuyên qua biên phân cách, sau đó uốn cong mạnh xuống dưới. Hiện trạng vừa nêu dẫn đến sự hình thành vùng tối, nơi mà các tia âm tới không thể thâm nhập được, do bị khúc xạ. Tuy nhiên, các tia âm phản xạ từ bề mặt lại có thể thâm nhập vào vùng tối. Dĩ nhiên, mức tín hiệu mà đầu thu có thể nhận được sẽ phụ thuộc vào khoảng cỏch giữa mỏy thu và mỏy phỏt, độ sõu của chúng và đặc trưng phân bố vận tốc âm theo độ sâu. Bởi vì tia âm luôn luôn bị uốn cong về phía lớp nước có vận tốc âm nhỏ hơn, nên một phần năng lượng âm phát ra trong lớp đó sẽ được giữ lại trong kênh, có trục ở độ sâu ứng với vận tốc âm nhỏ nhất. Kênh âm này được gọi là kênh âm nước sâu. Cũng có thể tồn tại kênh âm gần bề mặt, nếu gradient nhiệt độ trong lớp nước đó làm xuất hiện cực tiểu vận tốc âm. Khi nghiên cứu lan truyền âm trong đại dương cần phân biệt 2 trường hợp điển hình, đó là lan truyền theo kênh và lan truyền không theo kênh. Khi truyền âm không theo kênh, năng lượng âm tập trung chủ yếu ở các lớp nước phía dưới. Ngược lại, khi âm lan truyền theo kênh thì phần lớn năng lượng âm nằm trong kênh, tổn hao năng lượng không lớn lắm, nên cự ly lan truyền xa, có trường hợp tới hàng nghìn km. Tuỳ thuộc vào vị trí tồn tại mà người ta chia kênh âm thành kênh bề mặt và kênh ngầm. a) Kênh âm bề mặt. Tuy có sự thay đổi lớn ở phần trên của đường cong C(z) (điều này phụ thuộc vào thời gian trong năm), nhưng trên đặc tuyến phân bố vận tốc âm có thể tách đoạn có gradien âm (đến trục kênh âm ngầm) và đoạn có gradien dương sau đó.

ĂNG TEN THỦY ÂM

• Nguyên lý biến đổi Điện-Âm

Trong thế chiến thứ hai và một phần trong những năm sau đó phần lớn các máy biến đổi điện-âm đã sử dụng các linh kiện làm từ vật liệu từ cứng. Các ferit từ cứng không phải là vật dẫn, nên không bị tổn hao vì dòng xoáy, nhưng độ bền cơ học lại không đáp ứng được yêu cầu làm việc ở công suất lớn. Bên cạnh đó các đặc trưng từ cứng của ferit lại phụ thuộc đáng kể vào áp suất, nên ferit không được chọn làm vật liệu thông dụng trong kỹ thuật thuỷ âm.

Nhưng từ khi xuất hiện titanat ba-ri và các loại gốm tương tự khác, các tinh thể áp điện trong các bộ biến đổi đã bị thay thế dần. Các đầu phát làm từ vật liệu gốm có hiệu suất khoảng 50÷70%, có thể phát ở mức công suất lớn và chịu được áp suất lớn dưới đại dương. Hiện nay, vật liệu áp điện được sử dụng chủ yếu là gốm áp điện trên cơ sở ba-ri, can-xi, ziriconi và chì, ít khi sử dụng thạch anh, muối xenit và đêhiđrôphốtphát amôni.

ỨNG DỤNG THUỶ ÂM TRONG QUÂN SỰ

• Cỏc hướng ưu tiờn trong nghiờn cứu phỏt triển thiết bị thuỷ õm
• Một số thiết bị thuỷ âm của Mỹ và Nga

Hiện nay, các thiết bị thuỷ âm trở thành trang bị không thể thiếu trên các tàu hải quân và có vai trò trọng yếu trong cuộc chiến giữa tàu chiến với tàu ngầm cũng như giữa các tàu ngầm với nhau. - Ở chế độ thụ động nên tách riêng an-ten phát và an-ten thu, trong đó phần thu được sử dụng cả khi dò tìm theo nguyên lý tiếng vọng từ mục tiêu, cả khi dò tìm theo nguyên lý tiếng ồn mục tiêu. Tàu ngầm được trang bị thiết bị thuỷ âm công dụng khác nhau: nghe ngóng và định vị nguồn tiếng ồn, phát hiện tiếng dội của các đối tượng dưới nước, liên lạc thuỷ âm, định vị dưới nước và dưới băng, chỉ mục tiêu cho vũ khí, chống lại trinh sát bằng thuỷ âm của đối phương.

Theo thuyết minh kỹ thuật đi kèm thiết bị thì trạm liên lạc thuỷ âm МГ-16 được dùng để trang bị cho các tàu chiến, bảo đảm cho chúng liên lạc ngầm hai chiều đẳng hướng với nhau và cả với các tàu ngầm, đo cự ly giữa hai tàu chiến, giữa tàu chiến với tàu ngầm. Đầu tự dẫn ngư lôi СЭТ-53M được sử dụng để phát hiện tàu ngầm theo trường âm thanh do tàu ngầm phát ra và dựa vào đó để hiệu chỉnh ngư lôi trong 2 mặt phẳng vuông góc, đảm bảo cho ngư lôi đánh trúng tàu ngầm. - Ngắt lệnh điều khiển chuyển động của ngư lôi trong mặt phẳng ngang khỏi hệ thống con quay và ngắt lệnh điều khiển theo mặt phẳng đứng khỏi phần thuỷ lực của hệ thống xi-fông con lắc sau khi đã bắt được tín hiệu mục tiêu để tự mình tìm đến mục tiêu;.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ THIẾT BỊ LIÊN LẠC THỦY ÂM

Phân tích thiết kế mạch xử lý tín hiệu

Do đặc thù làm việc trong môi trường nước, người lặn cần thao tác dễ dàng, tin cậy, các thao tác vận hành điều khiển máy thông tin phải đơn giản. Để tổ chức thành mạng thông tin giữa máy mặt nước với các nhóm người lặn khác nhau, giữa các máy mặt nước với nhau, máy thủy âm được thiết kế làm việc trên các kênh khác nhau, có dải tần làm việc phù hợp với dải tần các máy thông dụng trên thế giới. Để thực hiện cả hai mục tiêu: điều khiển đơn giản và phân kênh dải hẹp, máy được thiết kế theo nguyên lý điều chế đơn biên, sử dụng cả hai biên làm hai kênh (trên cơ sở chấp nhận mức nhiễu xuyên kênh đủ nhỏ).

Hai loại thiết bị trên có cùng thiết kế nguyên lý trong các khối: tổng hợp tần số, các bộ khuyếch đại tín hiệu, khuyếch đại đệm, tiền khuyếch đại công suất, các bộ lọc, điều chế và giải điều chế SSB. Do điều kiện khai thác khác nhau ở hai loại máy, máy mặt nước có các nút điều khiển chọn kênh, chế độ thu phát, điều chỉnh âm lượng và lọc nhiễu độc lập nhau, còn với máy người lặn, tất cả đều qua một nút nhấn. Với khối công suất phát, máy mặt nước có công suất ra đạt 8 watt trên tải 250 Ohm, máy người lặn công suất ra được giới hạn ở mức 3 watt trên tải 250 Ohm.

Trên cơ sở các phân tích ở chương 4, đề tài xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật của hai loại máy, chi tiết được trình bày trong mục 5.1. • Sai số: Có thông báo lỗi bằng âm thanh (Khi vào số liệu không đúng cách, hoặc nhấn quá nhiều, sẽ thông báo băng 5 tuýt liên tục).