Дилетант...Это я...хочу разобраться

Но так называемая «серповидность» лопастей имеет прямое отношение к вертикальным рулям и к течению жидкости, обтекающей корпус ПЛ.

Несколько слов о шумах, которые являются демаскирующим фактором.

Разделяются на широкополосные и узкополосные.

К широкополосным можно отнести первичное поле ПЛ, это— работающие гребные винты, механизмы и судовые системы, а также гидродинамический шум обтекания корпуса судна. Гребной винт при своем вращении передает корпусу судна усилия через подшипники валопровода и воду. Силы, передающиеся через подшипники валопровода, могут быть следствием механической или гидродинамической неуравновешенности гребного винта.

Вместе с гидродинамическими силами, воздействующими на обшивку корпуса и выступающие части, они вызывают вибрацию корпуса с частотой, равной числу оборотов винта. Кроме того, гидродинамические силы, развивающиеся на лопастях винта при его работе в неравномерном поле скоростей, вызывают вибрации корпуса с частотой, кратной числу лопастей:

Fл=nzi/60,Гц,

где n — число оборотов винта в мин, z — число лопастей; i — номер гармоники.

Полезный сигнал на входе ГАС шумопеленгования обусловлен первичным акустическим полем цели. Акустическое поле цели может быть представлено в виде суммы широкополосного шума, обладающего непрерывным спектром, и узкополосных дискретных составляющих, обусловленных работой корабельных механизмов.

Шумы винтов корабля могут содержать в себе широкополосный шум кавитации. Долгое время кавитация на винтах была преобладающим источником широкополосного шума кораблей, в том числе ПЛ. У современных ПЛ она возникает только при высоких скоростях.

Причем докавитационная (малошумная) скорость современных ПЛА типа «Вирджиния» Блок 4 может достигать 18 узлов.

Кавитация может быть вызвана также нарушением плавности обводов корпуса корабля.

Смешением потоков, влияния потока каждого вала(винта), воздействие на поток винта рулевых поверхностей (их отклонения), гашения потоков одного другим, или наоборот их сочетание-все это негативно сказывается на скрытность подводной лодки.

ВМС США тоже сталкивались с этим явлением. На ПЛА USS Barb (SSN 596)

были установлены вертикальные стабилизаторы, для компенсации парусности высоты рубки. В дальнейшем от этого отказались. Вероятно, из-за завихрений при перекладке вертикальных рулей, потока и вращения винта. Все та же низкочастотная составляющая.

В дальнейшем использовался для размещения ГПБА.

Широкополосные шумы зависят от скорости ПЛ. Узкополосные шумы обусловлены работой корабельных механизмов, в особенности таких устройств, как главные циркулярные насосы ядерной энергетической установки, турбина, редуктор и пр. Они могут представлять собой отдельные спектральные линии (дискреты) на основной частоте вибpaций механизма, либо на её гармониках. Дискретные составляющие, обусловленные работой вспомогательных механизмов, как правило, стабильны по уровню и по частоте и не зависят от скорости корабля. Ширина спектральной линии составляет 0,03 % — 0,3 % от частоты и пропорциональна ей.

Сам процесс «раскладки» представляет собой почастотное проявление вала плюс лопасти в герцах. Все это в результате образует амплитудную модуляцию сигнала и выделение дискретных составляющих.

Шумоизлучение ПЛ в области очень низких частот (единицы Гц) вызывается вибрацией корпуса ПЛ и вращением винта. Этот низкочастотный шум, претерпевающий малое затухание при распространении, может обнаруживаться на значительном расстоянии.

Амплитуда и частота дискретных составляющих, обусловленных системой движения и винтами , изменяются в зависимости от скорости ПЛ; их ширина обычно больше, чем у дискретных компонент, возникающих вследствие работы вспомогательных механизмов. В некоторых случаях дискретные составляющие образуют звукоряды. В высокочастотной части спектра могут присутствовать кратковременные шумы, обусловленные открыванием крышек торпедных аппаратов, пуском торпед и ракет, а также интенсивным маневрированием ПЛ.

Но для «срисовки» индивидуальных характеристик, следящей лодке необходимо подойти на предельно малую дистанцию. Сделать запись шума, вплоть до кипящего чайника в каюте старпома ))). И все. Данные вводятся в базу данных, уточняются другими следящими лодками, кораблями, авиацией и американской лодке в дальнейшем этого достаточно, для распознавания не только проекта, а бортового номера этой ПЛ.

Сущность процесса шумопеленгования заключается в обнаружении сигнала и измерении его параметров на фоне шумовой помехи, которая так же, как и полезный сигнал представляет собою в общем случае сумму широкополосных и узкополосных компонент и импульсных процессов. Эта задача должна решаться при отношении уровней сигнала и помехи в поле вблизи антенны много меньшем единицы. Поэтому в основу процедуры обнаружения цели было положено выявление пространственной корреляции поля, имеющей место на участке фронта волны сигнала в пределах апертуры приемной антенны. Процедура пеленгования цели в горизонтальной и вертикальной плоскостях заключается в определении пространственной ориентации волнового фронта, принадлежащего обнаруженному сигналу. Последующая обработка сигнала направлена на измерение его параметров в интересах решения обратных задач гидроакустики: определения координат и элементов движения источника, его принадлежности к тому или иному классу целей. При этом используются спектральные характеристики сигнала (в том числе его спектр и спектр огибающей), энергетические характеристики, динамика изменения уровня сигнала и пеленга, разность времени прихода сигнала по разным лучам и т п. Задача обнаружения широкополосного шума в звуковом диапазоне частот решается, прежде всего с помощью шумопеленгаторных ГАС с носовыми или бортовыми антеннами, расположенными на корпусе корабля.

Для обнаружения низкочастотных узкополосных сигналов, генерируемых корабельными механизмами и движителями, используются главным образом ГАС с ГПБА. Для этой цели применяются также низкочастотные тракты с протяженными бортовыми антеннами.

Возможности классификации улучшаются за счет явления модуляции широкополосного кавитационного шума низкочастотным вращением гребного винта.

Работающие машины и механизмы, вызывая местные вибрации, формируют интенсивный шум, проникающий в воду частично через воздух отсеков, а в основном через фундаменты и другие связи. Движение судна в воде сопровождается возникновением гидродинамического шума, являющегося следствием турбулизации набегающего потока, вихреобразования и кавитации на шероховатостях и выступающих частях корпуса. Турбулизация потока сопровождается пульсацией акустического давления пограничного слоя, в связи с чем возможны вибрации отдельных листов обшивки, корпусных конструкций и всего корпуса в целом.

Кстати, именно взаимодействие винтов, набегающего на них потока обтекания и рождает СНЧ излучение, на которое не обращали внимания в отечественном ВМФ вплоть до 90-х годов.

Следствием было размещение винтов как можно дальше от корпуса ПЛ. Как на пр. 949.

В итоге, через 6-8 лет эксплуатации, длинный вал и система передачи стали вибрировать при ходе более 8-9 узлов. То есть, шумы от биения вала стали превышать «экономию» от удлинения вала с винтом от корпуса.

Продолжим.

Первичное поле ПЛ характеризует в основном функция спектральной плотности среднего квадрата давления шума. Спектр суммарного акустического поля является суперпозицией шумов отмеченных выше источников. Несмотря на то, что шумы различных классов ПЛ обладают индивидуальностью, можно выделить некоторые общие закономерности, присущие первичным полям . Работающие машины и механизмы формируют поле, для спектра которого характерно наличие сплошного фона и ряда дискретных составляющих (устойчивых превышений), отмечающихся на частотах вращения отдельных механизмов. Этот шум является основным при небольших ходах . С увеличением скорости шум машин и механизмов несколько повышается.

Основной вклад в первичное поле судов вносят гребные винты. Кавитационный шум характеризуется сплошным спектром от единиц Гц до сотен кГц. Максимум спектральной плотности отмечается в звуковом диапазоне частот, который с увеличением скорости и уменьшением глубины (для подводных лодок) смещается в область более низких частот. Повышение уровня шума наступает, начиная с некоторого значения скорости, называемой критической, при этом величина превышения составляет 20 . .. 30 дБ. На подводных лодках она зависит от глубины маневрирования, возрастая с ее увеличением.

Гидродинамический шум в основном, характеризуется сплошным спектром. Ощутимый вклад в суммарное поле этот шум вносит в диапазоне скоростей более 20 уз. Исследования показали, что спектр шума может быть разбит на два диапазона. Спектр в диапазоне частот 0,5 ... 1,0 кГц является наиболее неустойчивым и изрезанным. Для этого участка характерен сплошной фон и отдельные дискретные составляющие. Уровни и положение максимумов в этом диапазоне определяются режимом движения и конструкцией лодки. Так, наличие максимума в диапазоне частот 20 . . . 200 Гц является следствием вибрации кормовой оконечности и кавитации на выступающих частях корпуса. В диапазоне частот выше 0,5 ... 1,0 кГц спектр шумов кораблей, как правило, изменяется более плавно. С ростом частоты уровни спектра убывают. На малых ходах наклон спектра достигает величины 7 ... 9 дБ/октава. С увеличением скорости спектр обогащается за счет кавитации, а наклон уменьшается до 5 ... 6 дБ/октава.

Необходимо вновь разместить схему шумности ПЛА (Пархоменко) ,она достаточно полно поможет представить, что как и где является источником шума.

Внес изменения( дополнения) в предлагаемую модель. Красным цветом. Нет главного демаскирующего шума-взаимодействие винтов и рулевых поверхностей, именно то, что служит источником СНЧ шума. С помощью чего и происходит дальнее обнаружение РПКСН. Пархоменко это знал. Не мог не знать. Почему не внес в схему модели— догадываюсь.

Почему американцы постоянно оказываются впереди? Ответ понятен— реальная программа по снижению шумности, значительные вложения в разработки, одновременные исследования в смежных областях. А главное-неизменность курса и стратегического пути развития страны.

Об этом было в статье КАК У АМЕРИКАНСКИХ ВМС ВСЕ ТАК «Ловко получилось» ?

Речь шла о многолетних экспериментах с 1968 года в программе распространения звука на большие расстояния (LRAPP).Команда LRAPP, состоящая из 200 человек, за 25 лет разработала модели для прогнозирования распространения звука и окружающего шума. Вспомогательные модели распределения судов по всему миру и измерения излучаемого шума подводных лодок и надводных кораблей позволили прогнозировать уровни окружающего шума в зависимости от глубины.

Параллельно шли работы с подводными лодками. Как пример, исследования на базе пл «Альбакор».

Согласитесь, что для дизельной подводной лодки это фантастика.

Также работы по использованию в обнаружении Сверх Низких Частот-СНЧ.

О чем уже было.

https://valcat-8.livejournal.com/41187.html

Теперь немного о мерах ,которые предпринимались в разработке винтов подводных лодок для снижения шумности, скорости начала кавитации, режимов малошумного хода и пр.

Увеличение лопастей до 8. ПЛА пр. 671 РТМ.

Сабли пр.667 БДРМ.

В первых ПЛАРБ ВМС США использовался семилопастной винт с перекосом под прямым углом, называемый винтом с J-образным демпфированием.

Насадки на винт. Обратный конус на ступице гребного винта увеличивает давление за винтом и отодвигает процесс начала кавитации.

Размещение вихревого гасителя.

Несколько интересных разработок.

Лопастное колесо, часто называемое в честь изобретателя Отто Грима, дает прирост эффективности на 5-6% без каких-либо затрат энергии. Это вращающееся колесо свободного хода, установленное после гребного винта, которое вращается вместе со скользящим потоком. Поскольку его диаметр больше, чем у пропеллера, «внутренняя часть» лопаточного колеса действует как турбина, а концы лопастей, выступающие за пределы потока скольжения, создают дополнительную тягу.

Винты такого типа были установлены на «Queen Elizabeth 2».

Винты противоположного вращения

Существует тангенциальная составляющая движения в воздушном потоке из-за крутящего момента, прикладываемого винтом, то есть вода имеет вращение. Это вращение представляет собой потерю движущей энергии, но если два гребных винта работают в разных направлениях на одном и том же валу (конфигурация встречного вращения (CRP)), эти тангенциальные скорости могут компенсироваться, уменьшая значительную часть этой потери энергии вращения.

Системы CRP обычно демонстрируют повышение эффективности порядка 10%, как экспериментально, так и теоретически. С другой стороны, их очень мало, в основном из-за стоимости.

Нетрадиционная силовая установка: Острие ласт или винт Tip Vortex Free (TVF).

Винты TVF характеризовались лопастями типа Каплана, оканчивающимися цилиндрическими концевыми пластинами.

Концевые плавники представляют собой плоские поверхности, приваренные к концу лопасти воздушного винта и непосредственно связанные с крылышком, видимым на некоторых крыльях самолета, которые рассеивают концентрированный вихревой поток, возникающий на краю крыла. Результат: меньшие потери энергии в потоке. Это крылышко, как правило, является модернизацией, поскольку увеличение размаха крыла обеспечивает такую ​​же экономию энергии. Поскольку диаметр гребного винта судна ограничен, добавление концевых плавников дает некоторую эффективность. При этом возникает компромисс между эффективностью, потерей сопротивления трению и проблемой правильного проектирования и изготовления соединения.

Сторонники заявляют о существенном выигрыше в эффективности, в то время как критики говорят, что выигрыш намного меньше, чем полученный при испытаниях статора и конструкций CRP. Это показывает, что гребной винт с оперением с оперением был разработан и установлен испанской компанией Sistemar на балкере длиной 178 м, с сообщенным приростом эффективности более чем на 12%.

Существует целая программа (PID-Populsion Improving Devices ) по энергии и использованию как винтов, так и двигательного комплекса в целом.

PID включает в себя предварительные завихрители, рекуператоры завихрения, воздуховоды, плавники корпуса, стабилизаторы руля направления, выпуклые или скрученные рули направления, колпаки ступиц, как по отдельности, так и в сочетании друг с другом.

Гребные винты с концевой воронкой, пропеллеры TVF. С тех пор концепция гребных винтов нестандартной формы постоянно развивалась, и в настоящее время для движителей судов доступны два различных типа гребных винтов нестандартной формы: гребные винты MAN Kappel и гребные винты SISTEMAR CLT.

Концепция пропеллера Kappel была первоначально предложена профессором Йенсом Каппелем и профессором Полом Андерсеном в начале 90-х годов и основана на принципе неплоских подъемных поверхностей, применяемых в конструкции крыльев современных самолетов для получения лучшего отношения подъемной силы к лобовому сопротивлению.