Effetti della cavitazione nell'impiego del sonar

Da Wikiversità, l'apprendimento libero.
Jump to navigation Jump to search

Tra gli elementi che possono creare difficoltà durante l'impiego del sonar vi sono gli effetti della cavitazione.

lezione
Effetti della cavitazione nell'impiego del sonar
Tipo di risorsa Tipo: lezione
Materia di appartenenza Materia: Principi, sistemi e metodologie per la localizzazione subacquea attiva
Avanzamento Avanzamento: lezione completa al 100%.

La cavitazione è il fenomeno per il quale, a seguito d'emissione di energia acustica impulsiva in acqua, la pressione, indicata con il termine (; Source Level), induce la formazione di bolle del gas disciolto nell'elemento; molteplici fattori, oggetto di studi specialistici, influenzano il fenomeno.

La cavitazione insorge quando, nel ciclo di oscillazione dell'impulso acustico emesso dal sonar, la sua pressione istantanea supera la somma della pressione statica, presente nell'ambiente non perturbato.

Il fenomeno, oltre a provocare rumore in mare, quando le bolle implodono, genera una sorta di barriera gassosa che impedisce all'energia acustica del generatore di trasmettersi nel mezzo.

Il verificarsi della cavitazione dipende dal rapporto tra la pressione dell'impulso acustico emesso e la pressione dell'ambiente, questa è subordinata alla profondità alla quale si emettono gli impulsi acustici.

Per il calcolo della massima pressione acustica, , che il sonar può emettere al limite dell'innesco della cavitazione si devono determinare:

  • La massima potenza acustica, , che il mare è in grado di dissipare prima si generari la cavitazione.
  • Il guadagno di direttività, , della base acustica di emissione.

Quantizzazione del fenomeno della cavitazione (valutazione orientativa della potenza acustica )[modifica]

La valutazione della potenza acustica limite, , generata dal trasduttore in acqua che innesca la cavitazione è funzione della profondità alla quale è posto l'emettitore.

L'espressione approssimata, che non tiene conto di molteplici fattori che incidono sul fenomeno è:

Dove:

è espresso in

è la quota di calcolo in metri.

Esempio:

Trasduttore d'emissione impulsiva sonar alla quota

[1]

è la potenza acustica emessa in mare, alla profondità di , che innesca il fenomeno della cavitazione.

Calcolo del guadagno di direttività DI della base acustica d'emissione[modifica]

Il calcolo del , necessario per la determinazione del massimo livello di pressione , è sviluppabile con una formula generale che, anche se approssimata, consente un utile indirizzo di lavoro.

L'algoritmo di calcolo è dipendente dalla frequenza di lavoro e dalla superficie del trasduttore d'emissione.

Dove:

superficie del trasduttore in m². Se il trasduttore è cilindrico si fa riferimento alla superficie del doppio del rettangolo che lo genera.

Esempio di calcolo del per una base cilindrica dalle dimensioni:

sup. eq.

frequenza di emissione

La cavitazione e la variabile [modifica]

La variabile , considerata nei calcoli di portata dei sonar nella scoperta dei bersagli con il metodo dell'eco, ha delle limitazioni d'ampiezza dipendenti dal fenomeno fisico della cavitazione in mare.

Le dimensioni di , espresse come pressione generata della sorgente acustica ad 1 metro di distanza sono:

Per i computi del livello d'emissione nei rapporti con la cavitazione è necessario il valore dell'indice di direttività [2] calcolato in precedenza.

Il calcolo della pressione del segnale acustico impulsivo generato dalla base di trasmissione è sviluppabile con l'algoritmo:

Dove:

se riferito alla potenza acustica emessa in acqua dal trasduttore

potenza elettrica trasferita al trasduttore (si computa dalla potenza elettrica generata sottraendo le perdite di trasduzione)

(Directivity Index) guadagno di direttività del trasduttore di emissione espresso in deciBel (dipende dalle dimensioni del trasduttore e dalla frequenza di lavoro)

addendo logaritmico dovuto ai coefficienti della formula in forma lineare.

Esempio-

Calcolo massimo per


dati i valori:

(potenza elettrica generata)

(rendimento)

(potenza elettrica utilizzata )

(guadagno di direttività)

(addendo logaritmico di conversione elettroacustica)

Si ha: :

(presione acustica)

Valutazione del massimo valore di SL nel caso di emissione sonar da sottomarino (dati orientativi)[modifica]

Caratteristiche della base d'emissione

Con riferimento alla figura 1: dimensioni trasduttore:[3]

figura 1 Base cilindrica

Cilindro

Sup.eq

Frequenza di lavoro:

Quota trasduttore:

Calcolo potenza limite per cavitazione

Calcolo del DI

Calcolo massimo per

per

Con le approssimazioni fatte la cavitazione si innescherebbe al livello di trasmissione pari a:

Valutazione del massimo valore di SL nel caso di emissione sonar da nave di superficie (dati orientativi)[modifica]

Caratteristiche della base d'emissione all'interno del bulbo di prua di figura 2

figura 2 Bulbo di prua

Dimensioni trasduttore:[4]

Cilindro

Sup.eq

Frequenza di lavoro:

Quota trasduttore:

Calcolo potenza limite per cavitazione

Calcolo del DI

Calcolo massimo per

per

Oltre questo è il livello limite di pressione che innesca il fenomeno della cavitazione.

Note[modifica]

  1. dato orientativo
  2. Le modalità di calcolo del sono analoghe ai computi delle direttività per i sistemi sonar riceventi
  3. I dati assunti per l'esempio di calcolo sono relativi alla base di trasmissione dei sottomarini Classe Sauro
  4. Le dimensioni del trasduttore preso a modello sono indicative perché i dati reali sono riservati.

Bibliografia[modifica]

  • Giuseppe Pazienza, Fondamenti della localizzazione marina, Studio grafico Restani,La Spezia, 1970
  • Aldo De Dominicis Rotondi, Principi di elettroacustica subacquea, Elettronica San Giorgio-Elsag S.p.A, Genova, 1990
  • Sherman Charles, Effect of nearfield on the cavitation limit of transducer, J.A.S.A vol. 35 n° 9, U.S.A.