Некоторые результаты испытаний блока системы ориентации гибкой протяженной буксируемой антенны на Ладожском полигоне

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Некоторые результаты испытаний блока системы ориентации гибкой протяженной буксируемой антенны на Ладожском полигоне

С.А. Семенова

При использовании гибких протяженных буксируемых антенн (ГПБА) обработка сигналов с гидрофонов традиционно ведется в предположении, что антенна при ее буксировке кораблем-носителем имеет прямолинейную форму, однако в реальных условиях даже малые рыскания корабля-носителя, а также ветровой снос, приводят к отклонению антенны от прямолинейной формы [1], в результате чего ухудшаются характеристики антенны, в частности, уменьшается ее помехоустойчивость, а также увеличивается ошибка определения пеленга на цель (до нескольких градусов) за счет изменения реальных характеристик направленности по сравнению с расчетными, что в свою очередь приводит к снижению эффективности работы гидроакустического комплекса в целом.

Определение кривизны антенны позволяет выполнить коррекцию принятых антенной сигналов и устранить вышеперечисленные недостатки. Помимо этого, удается решить некоторые дополнительные задачи, в частности, задачу устранения неоднозначности прихода сигнала.

В ГПБА применяются малогабаритные системы (блоки системы ориентации), обеспечивающие измерение углов крена, дифферента, курса, статического давления, температуры внутри блока, а также передачу телеметрической информации к центральному контроллеру бортовой части гидроакустической станции.

В работе [2] приведено описание блока системы ориентации (СО) ГПБА, особенности его конструкции.

Параметры назначения (крен, дифферент, курс) вычисляются с использованием проекций вектора ускорения силы тяжести и вектора напряженности магнитного поля Земли. Их величина измеряется установленными в контейнер блока СО триадой акселерометров и триадой феррозондовых магнитометров.

Габариты блока СО ? длина 1.8 м, диаметр 55 мм, масса 5.5 кг. Отметим, что плавучесть прибора в соленой воде близка к нейтральной, а в пресной воде она отрицательная.

Целью настоящей работы являлась отработка процедуры спуска, буксировки и подъема макета ГПБА с блоком СО на длинном кабель-буксире с использованием буксирного устройства с судна малого водоизмещения. Результаты измерений тяговых усилий секций ГПБА, возникающих при буксировке на различных скоростях в данной работе не приводятся. Приведены некоторые результаты исследований буксировки ГПБА на Ладожском испытательном полигоне, которые позволяют реально оценить поведение антенны во время буксировки с помощью блока СО и обеспечить наиболее эффективные режимы буксировки.

Результаты исследований поведения ГПБА с помощью блока системы ориентации

Поскольку теоретические исследования и расчеты параметров движения ГПБА проводятся, как правило, на основе полуэмпирических моделей, базирующихся на частных теоретических материалах и на результатах экспериментов, представляет практический интерес исследование поведения блока СО при его буксировке в натурных условиях.

В работе [3] приведены исследования поведения буксируемых систем (БС) в потоке жидкости, в том числе рассматриваются вопросы устойчивости режимов буксировки. В аэродинамике установились понятия «статическая» и «динамическая» неустойчивость (или дивергенция и флаттер), которые вошли в теорию проектирования БС. В случае, когда возникают незатухающие автоколебания около равновесного положения, БС является динамически неустойчивой. Такие неустойчивые режимы буксировки приводят к большим отклонениям натяжения кабель-буксира и параметров движения от расчетных и являются опасными для БС, поскольку способствуют усталостным разрушениям ее компонентов; усиливают износ; расшатывают соединительные элементы и устройства; вибрация БС значительно увеличивает ее гидродинамическое сопротивление; повышается уровень акустических помех в результате вибрации датчиков.

В связи с изложенным выше в период с сентября по октябрь 2011г. на Ладожском испытательном полигоне ОАО «Концерн «Океанприбор» были проведены эксперименты по буксировке блока СО.

Буксировка проводилась в заливе Найсмери Ладожского озера с глубиной 8ч40м, при помощи рейдового катера (РК) «Акустик», основанном на морском буепостановщике (МБП) шведской постройки проекта 508 OSV, соответствующего регистру М 3.0, по схеме, приведенной на рис. 1.

Рис. 1. Схема буксировки макета ГПБА с блоком СО: 1 - катер-буксировщик «Акустик»; 2 - спуско-подъемное устройство (СПУ); 3 - динамометр; 4 - грузонесущий кабель-буксир (ГНК); 5 - сборный макет, состоящий из секций ГПБА с блоком СО; 6 - стабилизатор

На рис. 2 приведены варианты подключения блока СО в составе макета ГПБА.

Рис. 2. Схемы подключения блока СО в составе макета ГПБА

На схеме ГНК - грузонесущий кабель-буксир длиной 50 м.

Макет секции-1 и 2 ГПБА - массогабаритный макет, в котором используются транзитные витые пары для линии питания и информационного канала RS-485, обеспечивающие питание и передачу данных от блока СО на персональном компьютере (ПК).

Длина кабель-буксира 50 м, что определялось безопасностью буксировки на глубинах залива Найсмери. Последнее приводит к нахождению ГПБА при буксировке в разреженной кильватерной струе на малой глубине.

При испытаниях были использованы три типа стабилизаторов, массогабаритные характеристики которых приведены в табл. 1.

Таблица 1. Массогабаритные характеристики стабилизаторов

Буксировка проводилась встречными галсами с разворотом на 180? на скорости 7 уз (3,6 м/с).

Для определения поведения блока СО при маневрировании катера-буксировщика выполнялись циркуляции радиусом от 30 до 150 м.

Измеренные блоком СО значения магнитного курса, крена, дифферента, превышение статического давления и температуры при буксировке фиксировались на ПК в файлы протоколов измерения (отдельно для каждого эксперимента) в режиме автозаписи. Время между опросами блока СО - 3 с. Измерения фиксировались в течение всего времени проведения эксперимента [4].

На рис. 4-12 приведены временные зависимости изменения курса, глубины и дифферента во время буксировки макета ГПБА с блоком СО, установленным в начале, середине и в конце макета с использованием стабилизаторов различных типов.

Рис. 4. Временная зависимость изменения курса при буксировке макета ГПБА с блоком СО с использованием малого стабилизатора

Рис. 5. Временная зависимость изменения курса при буксировке макета ГПБА с блоком СО с использованием среднего стабилизатора

Рис. 6. Временная зависимость изменения курса при буксировке макета ГПБА с блоком СО с использованием большого стабилизатора

Рис. 7. Временная зависимость изменения глубины при буксировке макета ГПБА с блоком СО с использованием малого стабилизатора

Рис. 8. Временная зависимость изменения глубины при буксировке макета ГПБА с блоком СО с использованием среднего стабилизатора

Рис. 9. Временная зависимость изменения глубины при буксировке макета ГПБА с блоком СО с использованием большого стабилизатора

Рис. 10. Временная зависимость изменения дифферента при буксировке макета ГПБА с блоком СО с использованием малого стабилизатора

Рис. 11. Временная зависимость изменения дифферента при буксировке макета ГПБА с блоком СО с использованием малого стабилизатора

Рис. 12. Временная зависимость изменения дифферента при буксировке макета ГПБА с блоком СО с использованием большого стабилизатора

Анализ данных, полученных при буксировке макета ГПБА с использованием стабилизаторов разной модификации и различным расположением блока СО, позволяет сделать следующий вывод: во время буксировки происходят незатухающие колебания как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости, причем в конечной части макета максимальная амплитуда колебаний больше по сравнению с начальной и средней частью в 2-3 раза (в зависимости от типа используемого стабилизатора). Колебания в вертикальной плоскости (по глубине) связаны с отсутствием заглубителя и нахождением макета ГПБА при буксировке в разряженной кильватерной струе. Также необходимо отметить, что отсутствие заглубителя и заклинивание стабилизаторов приводит к изменению крена после разворота на обратный галс, что в свою очередь приводит к скручиванию макета вдоль продольной оси (в настоящей работе результаты не приведены).

Таким образом, имеет место динамически неустойчивый режим буксировки. Для обеспечения устойчивого режима буксировки (что является гарантией безаварийной эксплуатации БС) необходимо учитывать множество факторов, таких как: скорость, длина вытравленного кабель-буксира, глубина погружения БС, натяжение, гидродинамическое сопротивление БС. Необходимо проектировать буксировщик с одновременным учетом всех требований в части размещения спускоподъемного оборудования, быстроходности и управляемости катера-буксировщика, разработки кабель-буксиров с высокими прочностными и гидродинамическими характеристиками, заглубителя с достаточным заглубляющим усилием и совершенными ходовыми качествами, а также концевого тела (стабилизатора), обеспечивающего оптимальную величину натяжения БС.

В ходе проведения эксперимента были отработаны процедуры спуска, буксировки и подъема макета ГПБА с блоком СО на длинном кабель-буксире с использованием буксирного устройства с судна малого водоизмещения. Результаты измерений тяговых усилий секций ГПБА, возникающих при буксировке на различных скоростях в данной работе не приводятся. Приведены некоторые результаты буксировки ГПБА на Ладожском испытательном полигоне, которые позволяют реально оценить поведение антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях во время буксировки с помощью блока СО и обеспечивать наиболее эффективные режимы буксировки.

Для более полного изучения поведения макета ГПБА рекомендуется при буксировке использовать заглубитель, три секции блоков СО и грузонесущий кабель длиной не менее 300 м. При этом следует учесть, что буксировки таких длин макета ГПБА и маневрирование (циркуляции) возможны только в открытой Ладоге (на глубинах более 100 м) в штилевую погоду.

Для уточнения курсов определяемых блоками СО и курсом катера буксировщика, необходимо иметь на борту GPS-навигатор с программным обеспечением (ПО), позволяющим прокладывать галсы на цифровой крупномасштабной карте.

Целесообразно проработать вопрос об использовании вращающегося токоперехода и беспроводное соединение для обеспечения электропитанием и съема информации с блока СО в процессе спуска-подъема макета ГПБА и соответственно доработать стендовое программное обеспечение (ПО), для синхронного управления и съема навигационной информации от нескольких блоков СО на персональном компьютере.

В настоящее время нами параллельно ведутся работы по разработке перспективных волоконно-оптических систем ориентации и волоконно-оптических антенн в целом.

Литература

буксируемый антенна испытательный полигон

1. Мальцев А.М., Семенова С.А. Оценка формы гибкой протяженной буксируемой антенны при помощи блока системы ориентации. // Научн.-техн. сб. «Гидроакустика», 2014 (в печати).

2. Андреев М.Я., Гаспаров П.М., Геркус А.А., Клюшкин П.А., Охрименко С.Н., Рубанов И.Л., Семенова С.А., Шифман Ф.Н. Патент на полезную модель № 52197. Система контроля положения погружаемого объекта морской техники.

3. Поддубный В.И., Шамарин Ю.Е., Черненко Д.А., Астахов Л.С. Динамика подводных буксируемых систем. СПб.: Судостроение, 1995.

4. Желтаков А.В., Семенова С.А. Мобильный комплект оборудования для проведения работ с системами контроля положения и блоками систем ориентации различных модификаций ГПБА. // Научн.-техн. сб. «Гидроакустика», 2012. Вып. 16 (2). С. 104-109.

Размещено на Allbest.ru