一种固定阵用柔性水听器
技术领域
本发明属于水声换能器接收水听器领域，主要是一种固定阵用柔性水听器。
背景技术
目前，小型水面舰艇球鼻首中装备的声纳基阵多为圆柱阵，该基阵一般为收发一体设计，阵元换能器多为大尺寸纵振换能器，为了能兼顾发射和接收性能，工作带宽一般较窄，并且受限于基阵孔径和阵元数量限制，接收性能相对偏弱。
为了提高小型水面舰艇声纳的探测能力，最好的方式为在球鼻首内部设计一共形接收阵，在接收阵首端位置内侧安装圆柱发射阵，这样既能降低发射工作频率，又极大增加了接收阵孔径和阵元数量，对水下目标探测、定位、识别等能力的提升，会有很大帮助。
目前，舰艇接收阵中的水听器阵元，一般为压电圆管型水听器，比如舰艇的艏端接收阵和尾端拖线接收阵，使用的全部是压电圆管型水听器。常规艇艏端接收阵为带障板设计，水听器采用刚性端面支撑定位，拖线接收阵为充油设计，水听器不需单独进行水密设计，水听器通过塑料定位骨架夹持后捆绑在阵段内的柔性绳子上进行定位，一般定位精度较低，仅能控制在1cm范围以内。无论是艇首阵用水听器还是拖线阵用水听器，其使用方式均为固定安装使用，在阵型试验设计阶段不易拆卸，难以快速拆装、调节水听器布阵间距等，接收阵设计周期长、设计成本高，且装备时费时耗力。
本发明需要解决的技术问题：在水声接收基阵的前期研究中，一般会有多种试验方案，不同方案会有不同的水听器组合模式，为了满足试验需求，有可能会随着水听器组合模式的不同而设计多种形式的水听器模块，而研究结束后所有水听器模块基本再无利用价值，极大的浪费人力、物力和财力。同时，不同模式之间切换时，水听器模块拆装也较为困难，拆装一次周期较长，影响试验进度。
常规大型接收基阵同发射阵是相互独立的(收发合置除外)，但未来新型舰艇首阵设计时，发射阵将安装在接收阵内部，为避免接收基阵影响发射阵性能，需求一种新型结构形式的水听器。
需解决问题：
1、发射阵内置于接收阵中，为满足接收阵要求，需求一种新型结构形式的水听器。
2、水听器外形尺寸要小，方便组合多种模式的水听器模块。
3、水听器在接收基阵中能够快速拆装，同时要定位准确。
4、具备一定的减隔振功能。
发明内容
针对小型水面舰球鼻首共形阵的特点，本发明提出了一种固定阵用柔性水听器，该水听器设计思路不仅可以用于共形阵中，也可用于其它固定阵中，更为适合在课题研究中大型基阵上使用，因为该水听器拆装方便，可根据阵型任意组合，且该水听器具备一定的减振降噪能力。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种固定阵用柔性水听器，主要包括水听器主体和基阵架，所述的基阵架上设有容纳水听器主体的腔体，且基阵架的两侧设有卡接槽；水听器主体的两侧设有与卡接槽相配合的卡接件，卡接件安装在卡接槽内形成两侧哑铃形式的结构，所述的水听器主体内置有水听器振子并在端部设置输出电缆，水听器振子的正负极分别与输出电缆对接。
更进一步，所述的水听器振子包括电极引线端盖、去耦垫片和压电圆管，去耦垫片和压电圆管交替连接在一起并在端部设置电极引线端盖。
更进一步，所述的水听器主体的底部设置有台阶，水听器装阵时，通过两侧哑铃形式结构配合底部的台阶，实现三点定位。
更进一步，所述的水听器振子的外面设置有水密橡胶并放置在水听器主体内的腔体中。
更进一步，所述的水听器振子封装后在外面涂有导电胶或套入铜网形成屏蔽层，屏蔽层与输出电缆的屏蔽对接。
更进一步，所述的输出电缆为双芯屏蔽电缆，通过硫化橡胶层进行水密，硫化出两侧哑铃形式的结构形式。
本发明的有益效果为：
a)通用性高，可用于各种水听器接收阵型，尤其适合用于共形阵。
b)经济实用，在项目研究的初期阶段，可在不改变基阵架的前提下，仅通过改变水听器安装接口，即可变换各种阵型。
c)水听器与基阵架接口为硫化橡胶，结构形式为哑铃形式，方便拆装，并能起到一定的减振降噪效果，水听器尾端留有一个橡胶台阶，如需精准定位时，可配合耳朵实现三点定位。
附图说明
图1为本发明水听器封装后外形结构示意图。
图2为本发明基阵架结构示意图。
图3为本发明水听器配装后的结构示意图。
图4为本发明水听器振子的结构示意图。
图5是本发明水听器振子的第一次封装后的结构示意图。
附图标记说明：水听器主体1，输出电缆2，水密橡胶3，台阶4，卡接件5，基阵架6，卡接槽6-1，水听器振子7，电极引线端盖7-1，去耦垫片7-2，压电圆管7-3。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
本发明水听器在内部结构上与常规圆管水听器类似，但外形结构、安装方式以及设计时需考虑的应用平台完全不一致。在本发明结构形式水听器内部，可以使用拖线接收阵上成熟的水听器作为其接收部件。如图3所示，本发明提供了一种固定阵用柔性水听器，主要包括水听器主体1和基阵架6，所述的基阵架6上设有容纳水听器主体1的腔体，且基阵架6的两侧设有卡接槽6-1；水听器主体1的两侧设有与卡接槽6-1相配合的卡接件5，卡接件5安装在卡接槽6-1内形成两侧哑铃形式的结构，所述的水听器主体1内置有水听器振子7并在端部设置输出电缆2，水听器振子7的正负极分别与输出电缆2对接。所述的输出电缆2为双芯屏蔽电缆，电缆尽量细；通过硫化橡胶层进行水密，硫化出两侧哑铃形式的结构形式；该结构形式不仅可以用于精准定位，方便拆装和多水听器组合使用，同时还具备减振降噪效果。需要说明的是：该配装结构可根据实际需要更改。
作为优选的技术方案，所述的水听器主体1的底部设置有台阶4，水听器装阵时，通过两侧哑铃形式结构配合底部的台阶4，实现三点定位，在物理中，三点定位最为准确、方便。
如图4所示，所述的水听器振子7可以为常规压电圆管水听器振子，也可为常规压电圆盘水听器振子，尺寸尽量小。本实施例包括电极引线端盖7-1、去耦垫片7-2和压电圆管7-3，去耦垫片7-2和压电圆管7-3交替连接在一起并在端部设置电极引线端盖7-1。
本发明采用分体设计思路，所述的水听器主体1内部的水听器振子7先行装配测试，合格后通过硫化方式形成水密橡胶3并放置在水听器主体1内的腔体中，确保最终产品合格率和质量一致性。
图5为压电圆管水听器振子第一次水密封装后示意图，所述的水听器振子7封装后在外面涂有导电胶或套入铜网形成屏蔽层，铜网可多层；屏蔽层与输出电缆2的屏蔽对接。
安装步骤：
(1)、首先选择合适的水听器振子，最好为小型压电圆管结构形式或小型压电圆盘结构形式；
(2)、对选择的水听器振子进行声性能测试，如果使用频段较宽(上限工作频率大于2kHz，小于20kHz时)，需在水池测试时，可先将振子进行一道水密处理，便于测试；
(3)、对测试合格的水听器振子通过铜网或导电银胶进行屏蔽处理；
(4)、水听器振子正负极分别与输出电缆导线对接，屏蔽与电缆屏蔽对接；
(5)、通过电缆测试水听器电容和绝缘后进行水密硫化处理，由于水听器外形特殊，最大外形尺寸和耳朵尺寸相差较大，建议采用真空硫化模式进行水密处理，以确保结构强度和较好的可靠性。
本发明的特点：现役共形阵为单纯的接收基阵，发射阵位于接收基阵上方或底部，占用空间较大，只适用于大型的舰艇。小型舰艇要安装共形阵，发射阵需安装在接收阵内部，因此必须满足一个最基本的要求：接收阵不能影响发射阵性能。目前接收共形阵为达到战术指标，使用的水听器必须安装声障板，声障板与接收阵工作频率相关，一般尺寸较大，形成共形阵后基本左右相连，上下相接，构成一个密实的内部声屏蔽空间，如发射阵内置，则完全无法实现其功能。为了解决该矛盾，需研制一种新型共形阵，因此需要一种适合新型共形阵的柔性水听器。该水听器具备尺寸小、方便拆装、具备一定减振性能，同时在构成不同阵型时定位准确。为了满足新型共形阵试验需求，能够任意组成不同水听器模组，减少试验成本。
水听器与基阵架接口为硫化橡胶，结构形式为哑铃形式，方便拆装，并能起到一定的减振降噪效果，水听器尾端留有一个橡胶台阶，如需精准定位时，可配合耳朵实现三点定位。该水听器经济实用，在项目研究的初期阶段，可在不改变基阵架的前提下，仅通过改变水听器安装接口，即可变换各种阵型，具有较强的通用性，可用于各种水听器接收阵型，尤其适合用于共形阵。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
