Prairie-Masker
Prairie-Masker är ett utstrålat brusreduceringssystem som är monterat på vissa västerländska krigsfartyg, inklusive Oliver Hazard Perry - klassfregatter, Spruance- och Arleigh Burke -klass jagare och Ticonderoga - klasskryssare från den amerikanska flottan. Systemet installerades också under 1960-talet på ett begränsat antal Guppy III modifierade efter andra världskriget och senare dieselubåtar.
Masker- och Prairie-systemen är utformade för att förhindra klassificering eller identifiering av ett krigsfartygs akustiska signatur av ett annat fartyg, det vill säga av en fientlig ubåt. Istället för att höra maskiner låter skeppet som regn på passiva ekolod . Maskerdelen av systemet är installerad på skrovet på ett fartyg, vanligtvis nära dess maskinutrymmen. Prairie-delen av systemet är utformad för att tysta fartygets propellrar. Ursprungligen klassificerade som topphemliga, dessa system används nu av flera länder som en del av deras antiubåtskrigföringssystem .
Bakgrund
Dämpning av fartyg är en viktig del för att minska oönskat buller, vilket allvarligt kan begränsa ett örlogsfartygs aktiva och passiva undervattenskrigföringsförmåga och minska räckvidden eller sannolikheten för upptäckt av ett ovänligt fartyg. US Navy upprätthåller ett Ship Silencing Program för att ta itu med dessa problem. Målen för Ship Silencing-programmet är en minskning av ekolodets självbrus över frekvensområdet för passivt kapabla ekolod och minskningen av fartygets utstrålade brus för att minska upptäckten av fiendens ubåtar. Självbrus är det buller som genereras av ett fartyg som har en effekt på dess eget ekolod och sensorer. Utstrålat buller är det buller som genereras av ett fartyg som har en effekt på andra fartygs sensorer, särskilt ubåtar. Masker-Prairie motåtgärdssystem är nyckelelement i detta program för att minska utstrålat buller och självbrus som inte reduceras genom att kontrollera ljudet vid källan eller deras överföring till skrovet.
Användningen av luftbubblor och deras effekter på akustisk vågutbredning började studeras systematiskt under andra världskriget som en del av ett allmänt försök att förstå ljud i ubåtskrigföring. I USA leddes denna forskningsinsats av National Defense Research Committee (NDRC) och utfördes av olika amerikanska flottans laboratorier. De framsteg som gjorts i denna forskning publicerades i The Physics of Sound in the Sea 1946. Resultaten av den studien som är mest relevanta för denna diskussion finns i del IV av den volymen Acoustic Properties of Wakes .
Användningen av bubbelgardiner har funnit stor tillämpbarhet för att minska buller eller den skadliga effekten av stötvågor i en mängd olika industrier från: undervattenssprängning, till pålning, till explosiv metallformning .
Funktionsprincip
Masker-delen av systemet är baserad på att skapa en ljudhastighet ( akustisk impedans ) oöverensstämmelse mellan bubbelridån och havsvattnet. Akustiska vågor som möter material med en radikalt annorlunda ljudhastighet tränger inte in utan reflekteras tillbaka. Ljudhastigheten i ett medium är beroende av kvadratroten av styvheten av ett material dividerat med dess densitet. I ett bubbelmoln är densiteten mest lik vattnets, men styvheten är luftens. Resultatet är att ljudets hastighet är nästan tio gånger långsammare genom ett moln av bubblor i vattnet än i själva vattnet, och är tre gånger långsammare än ljudets hastighet i luft. Sålunda reflekteras ljud inom fartygets (eller ubåtens) skrov som annars skulle gå ut i vattnet och fortplanta sig en lång sträcka tillbaka in i skrovet och försvinner så småningom. Man kan uppleva en manifestation av dessa fysikbegrepp genom att fylla ett glas med vatten, ett andra glas med kolsyrat vatten och knacka på sidan av varje med en sked. Det vattenfyllda kärlet kommer att ringa. Kärlet med bubblor i kommer att "dunka".
Bullerdämpningen av Prairie-skruven fungerar på en annan princip. Det huvudsakliga ljudproblemet med en skruv är kavitation . Trycket bakom det rörliga bladet kan bli så lågt att det är mindre än ångtrycket för vatten på det djupet. Detta resulterar i att en vattenångbubbla bildas. När bubblan kommer ut ur lågtrycksområdet kollapsar den direkt tillbaka i vattnet och gör ett högt ljud när den gör det. Om skruvens bakkant avger en liten mängd luft, så har kavitationsbubblorna lite luft i sig. Kollapsen av vattenångan stänger inte bubblan helt och därmed genereras lite extra ljud.
Masker
Masker - delen av systemet är utformad för att tysta ett fartygs motorljud från upptäckt av hotfartyg och för att minska självbrus för att öka fartygets egen ekolodseffektivitet. Maskerdelen består vanligtvis av två band som är monterade på utsidan av skrovet intill fartygets maskinrum, tryckluft tvingas sedan in i banden och strömmar ut genom maskinbearbetade perforeringar för att skapa en barriär av luftbubblor i havet runt skrovet, och på så sätt fångas maskinbuller i skrovet där det försvinner.
Prärie
Prairie ( akronym: propeller luftinducerad emission ) å andra sidan, är monterad antingen nära eller på fartygets propellrar och tryckluft pumpas genom små hål i kanterna på propellern. Som man kan förvänta sig kan det vara ett problem att hålla en uppsättning små hål fria från nedsmutsning under ytan på ett fartyg eller ubåt. På ubåtsinstallationer förhindrades detta genom att rinna en rännel sötvatten genom systemet när fartyget låg i hamn. De flesta av de varelser som förorenar ett oceangående fartygs skrov kan inte överleva i sötvatten.
Ett liknande system kallat Agouti monterades på Royal Navy- fregatter och sådana fartyg som INS Nilgiri .
Ubåtar
Vid användning av ubåt måste den stora volymen luft som behövs för att driva systemet komma från ytan, och därför kan Prairie-Masker endast användas när dieselubåten snorklar . Detta är ingen allvarlig begränsning eftersom den största bullerkällan som behöver tystas är dieselmotorerna, som endast används vid snorkling. När det används av ett antiubåtskrigsfartyg är det så effektivt att dölja dess akustiska signatur att de ofta uppmanas att inte använda systemet när de tränar med ubåtar. [ citat behövs ] Detta beror på risken för en kollision med ubåten som kan komma vid eller nära ytan i närheten av krigsfartyget utan att höra det.