阅读说明：本技术 适用于波浪滑翔器的低噪声水听器基元 (Low-noise hydrophone element suitable for wave glider ) 是由 靳建嘉 勇俊 王恩兵 吕云飞 兰华林 孙大军 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：适用于波浪滑翔器的低噪声水听器基元,属于水声接收换能器技术领域,本发明为解决现有采用人工对变电站进行巡视盲点多、视觉定位不准确的问题。本发明包括弯曲圆盘水听器、支撑环、三个悬挂弹簧、上透声导流定位罩、下透声导流定位罩和平衡翼板；支撑环为圆环状结构,卡装在平衡翼板上的圆形孔洞内,弯曲圆盘水听器为圆柱体结构,设置在支撑环内中心位置,三个悬挂弹簧远水听器端安装在支撑环上,近水听器端安装在弯曲圆盘水听器侧面,上下透声导流定位罩结构相同,对称安装在平衡翼板圆形孔洞上下两侧,使弯曲圆盘水听器置于上下透声导流定位罩空腔内,且空腔有弯曲圆盘水听器发生振动的振幅空间。本发明适用于波浪滑翔器使用。(The invention discloses a low-noise hydrophone element suitable for a wave glider, belongs to the technical field of underwater sound receiving transducers, and aims to solve the problems that manual inspection of a transformer substation is performed with multiple blind spots and visual positioning is inaccurate. The invention comprises a bent disc hydrophone, a support ring, three suspension springs, an upper sound-transmitting flow-guiding positioning cover, a lower sound-transmitting flow-guiding positioning cover and a balance wing plate; the support ring is of a circular ring structure and is clamped in a circular hole in the balance wing plate, the bent disc hydrophone is of a cylindrical structure and is arranged in the center of the support ring, the far end of each suspension spring is arranged on the support ring, the near end of each suspension spring is arranged on the side surface of the bent disc hydrophone, the upper and lower sound-transmitting and flow-guiding positioning covers are of the same structure and are symmetrically arranged on the upper and lower sides of the circular hole in the balance wing plate, so that the bent disc hydrophone is arranged in a cavity of the upper and lower sound-transmitting and flow-guiding positioning covers, and the cavity is provided with an amplitude space for. The invention is suitable for the wave glider.)

适用于波浪滑翔器的低噪声水听器基元

技术领域

本发明涉及一种适用于波浪滑翔器的低噪声水听器基元，属于水声接收换能器技术领域。

背景技术

波浪滑翔器是近十年来涌现出来的一种新型海洋无人航行器。它能够将海洋中无穷无尽的波浪能通过滑翔翼板转化为自身前进的推力，从而将波浪能转化为使其前进的动能，配合水面浮体船安装的太阳能板和电池，无须提供额外的动力。波浪滑翔器是一种自主海洋观测平台，能在不同海况下对海洋环境持续观测。具有超长航时、自主、无人、零排放、小体积、经济性等突出优点。

波浪滑翔器具有多种且灵活的传感器搭载能力。可用于海上探测水文、气象、声学以及化学等要素信息。

波浪滑翔器主体包括两个部分：水面浮体船和水下牵引机。水面浮体船漂浮在海面上，具有一定的正浮力；水下牵引机通过一根6～8米的脐带缆连接在浮体船底部中心位置，具有一定的负浮力。这种结构一方面保证脐带缆始终处于拉直的状态，避免缠绕；另一方面是整个波浪滑翔器整体浮心在上，重心在下，增加了系统抗风浪的稳定性。由于波浪的作用，水面浮体船和水下牵引机一直处于运动状态，如果直接将声学传感器安装到水面浮体船或水下牵引机上，势必会带来许多近水面噪声和系统振动带来的噪声与干扰。因此，可行的办法是将声学设备集成到一个水下拖体当中，拖体通过适当的减振结构连接在水下牵引机的下方，并具有一定深度，使其远离水面和水下牵引机，在拖体平衡翼板上进行声学传感器的安装。

波浪滑翔器挂载水下声学拖体后，由于存在海流的冲击，会产生一定的流阻力和流噪声。包括两方面不良影响：一方面流噪声会直接影响声学设备性能和作用距离；另一方面将会给波浪滑翔器带来一定的流阻力负载，影响其机动能力和控位能力。因此，有必要通过对加装的水听器进行结构优化，一定程度上降低流噪声和流阻力的影响。

综上所述，需要一种适合波浪滑翔器使用的低流噪声低流阻力水听器基元，可安装在水下声学拖体的平衡翼板上，尽可能降低流噪声和流阻力的影响。

发明内容

本发明目的是为了解决现有加装在水下声学拖体的平衡翼板上的水听器基元流噪声和流阻力比较大的问题，提供了一种适用于波浪滑翔器的低噪声水听器基元。

本发明所述适用于波浪滑翔器的低噪声水听器基元，它包括弯曲圆盘水听器、支撑环、三个悬挂弹簧、上透声导流定位罩、下透声导流定位罩和平衡翼板；

平衡翼板上开有圆形孔洞，

支撑环为圆环状结构，支撑环卡装在所述圆形孔洞内，

弯曲圆盘水听器为圆柱体结构，并设置在所述支撑环内中心位置，

三个悬挂弹簧的远水听器端安装在支撑环上，三个悬挂弹簧的近水听器端安装在弯曲圆盘水听器的侧面上，

上透声导流定位罩和下透声导流定位罩结构相同，对称安装在平衡翼板圆形孔洞的上侧和下侧，使弯曲圆盘水听器置于上透声导流定位罩和下透声导流定位罩的空腔内，且上透声导流定位罩和下透声导流定位罩的空腔有弯曲圆盘水听器发生振动的振幅空间。

优选的，支撑环上设置有三个悬挂弹簧安装孔，三个悬挂弹簧安装孔沿支撑环圆周方向均布，三个悬挂弹簧安装孔上分别安装三个悬挂弹簧的远水听器端。

优选的，弯曲圆盘水听器侧面的高度中间位置设置有三个悬挂弹簧安装件，三个悬挂弹簧安装件沿弯曲圆盘水听器的侧面周向均布，且三个悬挂弹簧安装件分别与三个悬挂弹簧安装孔相对，三个悬挂弹簧安装件上分别安装三个悬挂弹簧的近水听器端。

优选的，支撑环上还设置有三个支撑环定位安装孔，三个支撑环定位安装孔沿支撑环圆周方向均布，且三个支撑环定位安装孔分别与三个悬挂弹簧安装孔呈60°夹角错位形式排列，支撑环通过三个支撑环定位安装孔与上透声导流定位罩、下透声导流定位罩固定安装。

优选的，上透声导流定位罩包括上定位罩顶盖、上迎流面、上定位凸台和上定位罩外沿，上定位罩顶盖为圆形平面，上定位凸台为圆环状结构，且上定位凸台的内圆直径大于上定位罩顶盖的直径，上定位凸台的外圆外侧为上定位罩外沿，上定位罩外沿和上定位罩顶盖之间的圆弧面为上迎流面，上迎流面上沿圆周方向均布有三个上导流定位罩安装孔，三个上导流定位罩安装孔分别与三个支撑环定位安装孔相对，上定位凸台上沿圆周方向均布有三个上定位凸台安装孔，三个上定位凸台安装孔分别与三个支撑环定位安装孔相对；

下透声导流定位罩包括下定位罩顶盖、下迎流面、下定位凸台和下定位罩外沿，下定位罩顶盖为圆形平面，下定位凸台为圆环状结构，且下定位凸台的内圆直径大于下定位罩顶盖的直径，下定位凸台的外圆外侧为下定位罩外沿，下定位罩外沿和下定位罩顶盖之间的圆弧面为下迎流面，下迎流面上沿圆周方向均布有三个下导流定位罩安装孔，三个下导流定位罩安装孔分别与三个支撑环定位安装孔相对，下定位凸台上沿圆周方向均布有三个下定位凸台安装孔，三个下定位凸台安装孔分别与三个支撑环定位安装孔相对；

上透声导流定位罩、支撑环和下透声导流定位罩通过上定位凸台安装孔、支撑环定位安装孔和下定位凸台安装孔固定安装；

上定位罩外沿扣在平衡翼板上侧，且位于圆形孔洞外侧；

下定位罩外沿扣在平衡翼板下侧，且位于圆形孔洞外侧。

优选的，上迎流面和下迎流面与平衡翼板分别具有夹角。

优选的，上透声导流定位罩和下透声导流定位罩的内侧分别设置有三个悬挂弹簧槽，三个悬挂弹簧分别置于三个悬挂弹簧槽内。

优选的，下透声导流定位罩的内侧设置有出线槽，出线槽位于任一个下定位凸台安装孔与相邻的悬挂弹簧槽之间，弯曲圆盘水听器的导线安装在出线槽内。

本发明的优点：

从流体力学角度：

1、波浪滑翔器挂载水下声学基阵时，使用弯曲圆盘式水听器基元，使用其厚度方向作为迎流面，并在其迎流面加装透声导流罩结构。通过减小迎流面积和加装导流结构的办法，在一定程度上减小流阻力影响，减少水下声学基阵对波浪滑翔器的控位和机动能力的影响。

2、透声导流罩选用弹性材料，与安装翼板采用一种开槽配合结构，水听器基元安装后可实现无缝衔接，更有效地减小阻尼系数。

从声学角度：

1、由于水下声学基阵孔径的要求，波浪滑翔器挂载水下声学基阵时，通常将水听器基元安装在其平衡翼板边缘。本发明使用弯曲圆盘式水听器基元，使用其厚度方向作为迎流面，并在其迎流面加装透声导流罩结构。既不影响水听器全方向接收又不降低其接收灵敏度，还在一定程度上减小流噪声的影响，有利于提高水下声学基阵的性能。

2、由于波浪滑翔器的驱动方式，在水听器基元与透声导流罩内部采用弹性悬挂减振连接结构，可以有效减小波浪滑翔器的牵引力对水下声学基阵的振动冲击和噪声。

附图说明

图1是本发明所述适用于波浪滑翔器的低噪声水听器基元的零件装配图；

图2是本发明所述上透声导流定位罩的内部结构示意图；

图3是本发明所述下透声导流定位罩的外部结构示意图；

图4是本发明所述适用于波浪滑翔器的低噪声水听器基元装配后的剖面图；

图5是本发明所述上透声导流定位罩的仰视图；

图6是图5的A-A向视图；

图7是本发明所述弯曲圆盘水听器通过悬挂弹簧与支撑环装配示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：下面结合图1-图7说明本实施方式，本实施方式所述适用于波浪滑翔器的低噪声水听器基元，它包括弯曲圆盘水听器1、支撑环2、三个悬挂弹簧3、上透声导流定位罩4a、下透声导流定位罩4b和平衡翼板5；

平衡翼板5上开有圆形孔洞，

支撑环2为圆环状结构，支撑环2卡装在所述圆形孔洞内，

弯曲圆盘水听器1为圆柱体结构，并设置在所述支撑环2内中心位置，

三个悬挂弹簧3的远水听器端安装在支撑环2上，三个悬挂弹簧3的近水听器端安装在弯曲圆盘水听器1的侧面上，

上透声导流定位罩4a和下透声导流定位罩4b结构相同，对称安装在平衡翼板5圆形孔洞的上侧和下侧，使弯曲圆盘水听器1置于上透声导流定位罩4a和下透声导流定位罩4b的空腔内，且上透声导流定位罩4a和下透声导流定位罩4b的空腔有弯曲圆盘水听器1发生振动的振幅空间。

本实施方式中，支撑环2的外圆直径与平衡翼板5圆形孔洞的直径近似相等，使得支撑环2能够卡装在平衡翼板5的圆形孔洞内，又不易脱落。

本实施方式中，上透声导流定位罩4a和下透声导流定位罩4b的内侧为弯曲圆盘水听器1可能发生的振动预留足够的振幅空间，使用中避免透声导流定位罩与弯曲圆盘水听器1发生碰撞而产生噪声。当该低噪声水听器基元置于水下时，上透声导流定位罩4a和下透声导流定位罩4b的内部空腔里充满水。

本实施方式中，悬挂弹簧3始终处于拉伸状态，为避免悬挂弹簧3在使用过程中由于与悬挂点之间存在相对摩擦而产生噪声，可以使用环氧树脂胶将其粘接为一体，或者在悬挂弹簧3挂点处为弹簧加装柔性护套。

进一步的，支撑环2上设置有三个悬挂弹簧安装孔2-1，三个悬挂弹簧安装孔2-1沿支撑环2圆周方向均布，三个悬挂弹簧安装孔2-1上分别安装三个悬挂弹簧3的远水听器端。

再进一步的，弯曲圆盘水听器1侧面的高度中间位置设置有三个悬挂弹簧安装件1-1，三个悬挂弹簧安装件1-1沿弯曲圆盘水听器1的侧面周向均布，且三个悬挂弹簧安装件1-1分别与三个悬挂弹簧安装孔2-1相对，三个悬挂弹簧安装件1-1上分别安装三个悬挂弹簧3的近水听器端。

本实施方式中，三个悬挂弹簧安装件1-1均为灌封好的预埋件，采用钛合金或不锈钢材质。

再进一步的，支撑环2上还设置有三个支撑环定位安装孔2-2，三个支撑环定位安装孔2-2沿支撑环2圆周方向均布，且三个支撑环定位安装孔2-2分别与三个悬挂弹簧安装孔2-1呈60°夹角错位形式排列，支撑环2通过三个支撑环定位安装孔2-2与上透声导流定位罩4a、下透声导流定位罩4b固定安装。

本实施方式中，三个支撑环定位安装孔2-2分别与三个悬挂弹簧安装孔2-1呈60°夹角错位形式排列，保证二者之间不存在干涉。

再进一步的，上透声导流定位罩4a包括上定位罩顶盖4a-6、上迎流面4a-7、上定位凸台4a-2和上定位罩外沿4a-4，上定位罩顶盖4a-6为圆形平面，上定位凸台4a-2为圆环状结构，且上定位凸台4a-2的内圆直径大于上定位罩顶盖4a-6的直径，上定位凸台4a-2的外圆外侧为上定位罩外沿4a-4，上定位罩外沿4a-4和上定位罩顶盖4a-6之间的圆弧面为上迎流面4a-7，上迎流面4a-7上沿圆周方向均布有三个上导流定位罩安装孔4a-1，三个上导流定位罩安装孔4a-1分别与三个支撑环定位安装孔2-2相对，上定位凸台4a-2上沿圆周方向均布有三个上定位凸台安装孔4a-3，三个上定位凸台安装孔4a-3分别与三个支撑环定位安装孔2-2相对；

下透声导流定位罩4b包括下定位罩顶盖4b-6、下迎流面4b-7、下定位凸台4b-2和下定位罩外沿4b-4，下定位罩顶盖4b-6为圆形平面，下定位凸台4b-2为圆环状结构，且下定位凸台4b-2的内圆直径大于下定位罩顶盖4b-6的直径，下定位凸台4b-2的外圆外侧为下定位罩外沿4b-4，下定位罩外沿4b-4和下定位罩顶盖4b-6之间的圆弧面为下迎流面4b-7，下迎流面4b-7上沿圆周方向均布有三个下导流定位罩安装孔4b-1，三个下导流定位罩安装孔4b-1分别与三个支撑环定位安装孔2-2相对，下定位凸台4b-2上沿圆周方向均布有三个下定位凸台安装孔4b-3，三个下定位凸台安装孔4b-3分别与三个支撑环定位安装孔2-2相对；

上透声导流定位罩4a、支撑环2和下透声导流定位罩4b通过上定位凸台安装孔4a-3、支撑环定位安装孔2-2和下定位凸台安装孔4b-3固定安装；

上定位罩外沿4a-4扣在平衡翼板5上侧，且位于圆形孔洞外侧；

下定位罩外沿4b-4扣在平衡翼板5下侧，且位于圆形孔洞外侧。

本实施方式中，平衡翼板5的厚度减去支撑环2厚度，上定位凸台4a-2的高度略小于上述差值的一半。

本实施方式中，上导流定位罩安装孔4a-1与上定位凸台安装孔4a-3为连通的一体孔；下导流定位罩安装孔4b-1与下定位凸台安装孔4b-3为连通的一体孔。

再进一步的，上迎流面4a-7和下迎流面4b-7与平衡翼板5分别具有夹角。

本实施方式中，该夹角能够减少流冲击带来的流噪声和流阻力。

再进一步的，上透声导流定位罩4a和下透声导流定位罩4b的内侧分别设置有三个悬挂弹簧槽4-1，三个悬挂弹簧3分别置于三个悬挂弹簧槽4-1内。

本实施方式中，三个悬挂弹簧槽4-1用于防止悬挂弹簧3与透声导流定位罩发生干涉和碰撞。

再进一步的，下透声导流定位罩4b的内侧设置有出线槽4b-5，出线槽4b-5位于任一个下定位凸台安装孔4b-3与相邻的悬挂弹簧槽4-1之间，弯曲圆盘水听器1的导线安装在出线槽4b-5内。

本实施方式中，出线槽4b-5位于任一个下定位凸台安装孔4b-3与相邻的悬挂弹簧槽4-1之间，能够避免弯曲圆盘水听器1的导线与悬挂弹簧3和下定位凸台安装孔4b-3内的螺栓发生干涉。

再进一步的，所述弯曲圆盘水听器1采用高灵敏度水听器，工作深度不低于300米，厚度不超过30mm，直径与厚度比不小于4:1。

本发明中，上透声导流定位罩4a和下透声导流定位罩4b选用声阻抗与水接近的弹性材料，材料本身必须能够耐海水腐蚀且具有一定机械强度，可根据使用需求选用透声聚氨酯、尼龙、ABS塑料或聚甲醛POM等。如选用透声聚氨酯灌封成型，须在上导流定位罩安装孔4a-1和下导流定位罩安装孔4b-1处放置具有一定安装强度的预埋件，预埋件材质为耐海水腐蚀的钛合金或不锈钢材质，保证紧固螺丝上紧后的变形量和机械强度。

本发明中，悬挂弹簧3采用耐海水腐蚀材料制成，且具有一定机械强度，根据需求可选用钛合金、不锈钢或橡皮筋。

本发明中，支撑环2材质必须为耐海水腐蚀材料且具有一定机械强度，根据需求可选用钛合金、不锈钢或碳纤维、玻璃钢、聚甲醛POM、尼龙、ABS塑料等。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。