Biblioteczka » Artyleria przeciwlotnicza

"Zasady działania i charakterystyka odbiorników w nasłuchownikach przeciwlotniczych" - 1936 - kpt.w st sp. Romuald Bużkiewicz

"Zasady działania i charakterystyka odbiorników w nasłuchownikach przeciwlotniczych" 1

kpt.w st sp. Romuald Bużkiewicz

Przegląd Artyleryjski nr 4 rok 1936

Zachowano pisownię oryginalną

 

Zasada działania nasłuchownika polega na wzmacnianiu odbieranego dźwięku i doprowadzaniu go do ucha nasłuchowcy. Dzięki dużemu rozstawieniu muszli odbiorczych dokładność określania kierunku źródła dźwięku przypomocy nasłuchownika jest znacznie większa niż przy nasłuchiwaniu gołem uchem.

 

Nasłuchownik przeciwlotniczy powinien zasadniczo odbierać tylko dźwięki pochodzące od wykrywanego samolotu, a szczególnie dźwięk wywołany ruchem śmigła. Warkot pracującego silnika lotniczego nie może być brany pod uwagę przy budowaniu nowoczesnych nasłuchowników, ponieważ może on być prawie całkowicie stłumiony podczas zbliżania się samolotu do celu. Podstawowem zadaniem nasłuchownika przeciwlotni Czego jest umożliwienie określania z jak największeej odległości, jak najdokładniejszego położenia zbliżających się Lub oddalających od objektu bronionego niewidocznych Samolotów nieprzyjacielskich. W związku z tem nasłuchownik powinien umożliwiać odróżnianie dźwięku samolotu od innych ubocznych dźwięków, znajdujących się w strefie odbioru nasłuchownika, a oprócz tego pozwalać na odróżnianie dźwięku samolotu typu ciężkiego (bombardującego) od samolotu lekkiego (myśliwskiego). Ponieważ głównem zadaniem obrony przeciwlotniczej Jest przeciw działanie bombardowaniu ,przeto nasłuchowniki powinny być tak zbudowane, by umożliwiały wykrywanie przede wszystkiem samolotów bombardujących. Najistotniejszą częścią składową każdego nasłuchownika są odbiorniki dźwięku, których przeznaczeniem jest odbieranie jak największej ilości energji akustycznej do- Chodzącej od samolotu do nasłuchownika, skupianie tej energji i przewodzenie jej z jak najmniejszemi stratami do ucha nasłuchowcy. W budowanych ostatnio nasłuchownikach stosuje się Dwa rodzaje odbiorników :tubowe i muszlowe.

 

Odbiorniki tubowe


Odbiorniki tubowe mają kształt rur stożkowych, hyperbolicznych lub eksponencjonalnych. Aby określić jakość odbiorników tubowych, należy zastanowić się nad czynnikami, od których zależy praca Tuby. Tuba, podobnie do cylindra zamkniętego z jednego końca, wzmacnia właściwe danej tubie tony zasadnicze i ich harmoniczne. W odróżnieniu jednak od cylindra, tuby mają właściwość wzmacniania różnych częstotliwości akustycznych tylko do pewnych granic. Oprócz tego tuba wzmacnia w znacznie większym stopniu właściwe jej częstotliwości zasadnicze niż pozostałe, przyczem wzmocnienie częstotliwości wyższych od zasadniczych jest prawie stałe. Aby tuba, jako odbiornik nasłuchownika, dawała odbiór bez zniekształceń, zachodzi konieczność nadawania jej znacznej długości, gdyż tylko przytym warunku częstotliwości zasadnicze tuby będą niższe od częstotliwości

 

Zasadniczych źródła dźwięku, która dla większości samolotów zawierają się w granicach 100-250 okresów (ryc.1.)

 

 

 

Doświadczenia wykazały, że częstotliwości zasadnicze tuby są odwrotnie proporcjonalne do jej długości i że dla uniknięcia dużych strat energji akustycznej, wskutek odbijania się dźwięku w tubie, długość tuby nie powinna być mniejsza niż 180 cm,bowiem w przeciwnym wypadku odbiór za pomocą tuby staje się słabszy niż gołem uchem. Stwierdzono również, że średnie wzmocnienie przez tubę wszystkich częstotliwości wzrasta w miarę zwiększania długości tuby do750cm, przy większych długościach tuby wzmocnienie to zaczyna maleć. Ostatnim czynnikiem, zmuszającym do nadawania dużej długości odbiornikom tubowym, jest szum wiatru, który wywołuje dźwięki wysokie, lepiej słyszane przez tuby krótkie niż przez długie.

 

Oprócz długości tuby na sprawność jej działania wpływa również średnica jej otworów, wejściowego i wyjściowego.

 

Średnicę otworu wejściowego tuby ustalono doświadczalnie jako stosunek długości tuby do średnicy tego otworu najlepsze wyniki otrzymuje się, gdy stosunek powyższy wynosi 5:1. Przy większym stosunku, chociaż otrzymuje się bardziej stałe wzmocnienie wszystkich częstotliwości akustycznych, to jednak wzmocnienie średnie wypada małe, ponieważ im większy będzie stosunek powyższy, tem bardziej tuba będzie zbliżona swym kształtem do płaszczyzny, a przez to większe będą straty energji akustycznej wskutek odbicia się dźwięku.

 

W wypadku przeciwnym t.j. gdy tuba będzie zbyt wąska, staje się ona podobna do cylindra i wskutek tego silnie rezonuje i zniekształca odbierane dźwięki.

 

Średnica otworu wyjściowego tuby powinna się równać średnicy muszli usznej,t.j.5-6cm.Im węższą będzie tuba wkońcu przylegającym do ucha, tem większe będzie ciśnienie akustyczne w tym końcu,a więc i większe będzie wzmocnienie dźwięku wzmocnienie powyższe będzie wzrastało tylko do tej pory, póki straty(wskutek dużego tarcia w zbyt wąskiem końcu)nie zaczną niweczyć otrzymywane wzmocnienie,co następuje wówczas, gdy średnica wąskiego końca tuby jest mniejsza niż 6mm. Czasem jest korzystne, zamiast dostosowywania wąskiego końca tuby do ucha, łączyć ją z uchem za pomocą giętkiej rury, stanowiącej przewód dźwięku. Długość tego przewodu nie może być jednak dowolna. Najlepsze wyniki otrzymuje się, gdy długość przewodu równa się 1/3 długości tuby.

 

Przy długości przewodu wynoszącej długości tuby otrzymuje się wyniki najgorsze. Sprawność odbiorników tubowych zależy nie tylko od długości tuby i wielkości jej otworu wejściowego i wyjściowego, lecz również od kształtu powierzchni tuby. Początkowo stosowano w nasłuchownikach tuby stożkowe, z powodułatwego ich wykonania oraz z braku dostatecznych wiadomości o działaniu tubinnychkształtów (hyperbolicznychieksponencjonalnych). Obliczenia wykazują,że tuby hyperboliczne,jako odbiorniki dźwięku są lepsze niż tuby stożkowe,aeksponencjonalne przewyższa ją swem i zaletami tuby obu poprzed Nich rodzajów. Wyższość odbiorników eksponencjonalnych nad innem odbiornikami tubowemi łatwo jest udowodnić nawet bez dociekań matematycznych.

 

Głównem zadaniem tuby w ogóle jest przekazywanie do ucha jak największej ilości energji akustycznej, otrzymywanej w otworze wejściowym tuby. Wskutek zmian powierzchni(przekroju poprzecznego)tuby, powstają w niej straty odbieranej energji akustycznej. W celu zmniejszenia tych stratna leży dążyć do tego,by zmiany wielkości i położenia powierzchni tuby były możliwie łagodne. Okazuje się, że jeżeli wspomniane zmiany powierzchni będą proporcjonalne do długości tuby, to odbijanie się dźwięku, a więc i straty energji akustycznej w tubie będą znikome i stałe. Warunkowi powyższemu odpowiada jedynie tuba eksponencjonalna (ryc.2.), której bok w przekroju

 

 

podłużnym przedstawia linję krzywą eksponencjonalne (wykładniczą)wyrażającą się równaniem:

 

A=A’eBx

 

 

w którym A oznacza powierzchnię przekroju poprzecznego w dowolnym punkcie osi podłużnej tuby ,A'-powierzchnię przekroju węższego otworu tuby, e - podstawę logarytmów naturalnych, B -współczynnik stały uwarunkowany długością tuby i średnicą jej otworów,x-odległość cięcia mierzoną od otworu wyjściowego tuby. Oprócz wyżej wymienionych zalet tuby eksponencjonalnej posiadają tę wyższość nad tubami innego kształtu, że mogą być wyginane w celu zaoszczędzenia zajmowanego i przeznie miejsca,bez szkody dla sprawności akustycznej tuby.

 

Odbiornik eksponencjonalny jednego nasłuchownika, Ostatnio przyjętego w wojsku Stanów Zjednoczonych, ma następujące cechy:

  • materjał aluminjum,

  • rozstawienie odbiorników 2,84m,

  • długość tuby 518cm,

  • powierzchnia otworu wejściowego 7100cm2,

  • średnica otworu wyjściowego 3-4cm,

  • stopień zwiększania się powierzchni przekroju poprzecznego 3,8% na 1cal.

  • Odbiorniki muszlowe.

Typowym nasłuchownikiem z odbiornikami muszlowe mi jestnasłuchownik Goerza. Odbiorniki w tym nasłuchowniku składają się z muszli P ryc.3), o kształcie paraboloida obrotowego, i przewodu akustycznego E o kształcie elipsoidaobrotowego, 0 którego jedno ognisko F e jestjednocześnie ogniskiem paraboloida a drugie -F i miejscem dla ucha nasłuchowcy. Zasada działania takiego odbiornika jest oparta na analogji zjawisk akustycznych i optycznych.

 

 

Promienie akustyczne, pochodzące oddalekiego źródła dźwięku, w wypadku dokładnego skierowania odbiornik a na to źródło, skupiają się w ognisku F i a następnie po odbiciu się od elipsoida trafiają w ognisko F(do ucha). Jeżeli odbiornik nie jest skierowany na nasłuchiwane źródło dźwięku, wówczas to źródło znajduje się bądź po lewej bądź po prawej stronie osi akustycznej nasłuchownika. Jeżeli np. podczas nasłuchiwania źródło dźwięku jest na lewo od osi akustycznej c-c (ryc.4), promienie dźwiękowe d-d skupiają się tylko w ognisku muszli lewej i dochodzą tylko do uch a lewego ;promienie padające w tym samym czasie na muszlę prawą odbijają się tak, że ominą elipsoid prawy i do ucha prawego nie dojdą.

 

Podobne zjawisko będzie zachodziło gdy źródło dźwięku znajdzie się naprawo od osi c-c ;w tym wypadku dźwięk będzie słyszany tylko uchem prawem.Rycina 5 przedstawia przebieg promieni akustycznych, Dochodzących do odbiornika przy różnych kierunkach jego Względem źródła dźwięku. Z tej ryciny widać, że tylko w wypadku, gdy odchylenie osi akustycznej nasłuchownika Od kierunku na źródło dźwięku nie przekracza 4°, dźwięk Jest słyszany jednocześnie prawem i lewem uchem, jednak

 


 

 

Natężenie słyszanego dźwięku w obydwu uszach jest różne, natężenie to jest największe tylko przy dokładnem skierowaniu nasłuchownika na źródło dźwięku. Przebieg zmian natężenia dźwięku, zachodzących w nasłuchowniku Goerza, przedstawia rycina 6, z której widać, że dźwięk zaczyna być słyszany lewem lub prawem uchem już przy odchyleniu osi akustycznej nasłuchownika od kierunku na Źródło dźwięku o 67°. Przy zmniejszeniu odchylenia natężenie dźwięku powoli wzrasta, przy 0°jestnajwiększe, Poczem szybko maleje i  przy odchyleniu 4°dźwięk przestaje być słyszany. Odbiorniki Goerza, według twierdzenia wynalazcy2), Mają odznaczać się dużą kierunkowością, dzięki skośnemu Ścięciu paraboloida po linji a-a (ryc,3), Przytem bowiem Rozwiązaniu bardzo małe odchylenie osi xx od kierunku na Dźwięk w przestrzeni xFey powoduje bardzo dobrze odczuwane zmiany natężenia, natomiast prawie niedostrzegalne Zmiany w natężeniu słyszanego dźwięku,

 

 

Na dużą kierunkowość odbiorników Goerza wpływa również to, że otwór ogniskowy elipsoida (Fe) jest niewielki, wskutek czego do ucha przedostają się tylko te promienie akustyczne, które po odbiciu się od paraboloida przechodzą w pobliżu jego ogniska.

 

Dokładność kierunku na źródło dźwięku będzie tem większa, im mniejszy będzie kąta α0 (ryc.7),utworzony osią paraboloida x-x i styczną do elipsoida, wyprowadzoną zwierzchołka paraboloida. Wewnątrz kąta a. O dźwięk odbierany słyszy się jednocześnie w obydwu uszach. W związku z tem należy dążyć do tego, aby elipsoid był jak najwięcej wydłużony, a paraboloid miał możliwie duży parametr.
 

 


Celem usunięcia szkodliwego rezonansu elipsoid ma szczelinę podłużną F(ryc.8), która jest przykryta płótnem, zapobiegającem dostawaniu się do wnętrza elipsoida dźwięków postronnych i wilgoci. Zastosowanie takie szczeliny zwiększa w pewnych wypadkach dokładność o 30%.
 

Wytwórnia Benard-Barbier et Turenne na podstawie najnowszych badań zaopatruje obecnie swe nasłuchowniki w muszle przedstawione na rycinie 9. Średnica tych muszli wynosi 60-100 cm, i w przekroju wzdłuż osi akustycznej ma ona kształtodwróconychtub (ryc.10). Kształt powyższej muszli został ustalony doświadczalnie.

 

Muszle podobne z kształtu są stosowane również w nasłuchownikach innych wytwórni :Barr & Stround, f.Kolbemi Danekiin. Wytwórnia Sautter-Harle stosuje w swych nasłuchownikach odbiorniki (ryc.11), w których zasadniczą częścią

składową jest wycinek paraboloida o dużej ogniskowej, przyczem ognisko znajduje  się w wylocie tuby połączonej z paraboloidem w jedną całość. Dla uniemożliwienia dostawania się dźwięków ubocznych do muszli wycinek paraboloida jest obramowany ściankami, tak ,że całość odbiornika jest podobna do dużego głębokiego czerpaka. Z zewnątrz cały odbiornik jest odziany filcem i płóciennym pokrowcem, chroniącym go od wpływu wiatru. Zasada działania odbiorników nasłuchownika Sautter- Harle jest podobna do działania odbiorników Goerza.

 

 

 

Dźwięk, trafiając do muszli, częściowo pada na jej powierzchnię paraboliczną i skupia się w jej ognisku, które jest jednocześnie ogniskiem paraboloida; część zaś promieni dźwiękowych trafia bezpośrednio do tuby, która ześrodkowuje je w tem samem ognisku. Wskutek tego dźwięk zostaje znacznie wzmocniony, i w tym stanie dochodzi do ucha przez szeroki(około10cm) i krótki przewódcy lindryczny.

 

Wytwórnia Galileo stosuje w swych nasłuchownikach odbiorniki, które składają się z muszli paraboloidalnej,odberającej dźwięki zwróconej do ogniska paraboloida tuby przewodzącej dźwięk od muszli do ucha nasłuchowcy. Zasada działania odbiornika jest podobna do działania odbiornika Sautter-Harle.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1. Opracowano na podstawie: 1) Gunnery, fire control and position fiding for antiaircraft artillery. Washington 1930. 2) N. J. Gołowin. Akusticzeskije pielengatory i podsłusziwatieli. Leningrad 193. 3) Le reperage acounstique des aeronefs. Methodes et appareils. Le lieutenant de reserve P. Leglise. Revue de l’Armee de l’Air 1935. 4) Broszury i katalogi firm Sperry, Georz, Barbier-Benard et Turenne, Sautter-Harle i in.

 

2 Br. M. Mauer, b.major artylerji austrjackiej.