소나의 유래

소나

공개 카테고리: 군사, 기술, 음파, 전자 제품, 해군 장비

카탈로그 설명 및 소개 작업의 원리 구조 및 분류 설치 및 적용 충격 계수

해석 및 소개

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수중 음파 탐지기는 수중 음파를 사용하여 수중 목표를 탐지, 위치 파악 및 통신하는 전자 장치입니다. 수중음향학에서 가장 널리 사용되고 중요한 장치입니다. SONAR(원문은 sonar)라는 단어를 번역한 것입니다. SONAR는 Sound Navigation and Ranging의 약자입니다.

소나 기술은 1906년 영국 해군의 루이스 니콜슨이 발명한 것으로 100년의 역사를 갖고 있다. 그가 발명한 최초의 소나는 주로 빙산을 탐지하는 데 사용되는 수동 청취 장치였습니다. 이 기술은 제1차 세계대전 당시 전장에서 물속에 숨어 있는 잠수함을 탐지하는 데 사용되었습니다.

현재 소나는 수중 감시를 위해 여러 국가의 해군에서 사용하는 주요 기술로 수중 목표물을 탐지, 분류, 위치 추적하고 수중 통신 및 항법을 수행하고 선박을 보호하는 데 사용됩니다. 잠수함 항공기 및 대잠 헬리콥터의 전술적 기동 및 수중 무기 사용. 또한 소나 기술은 어뢰 유도, 기뢰 퓨즈, 어류 탐지, 해양 석유 탐사, 선박 항해, 수중 작전, 수로 측량, 해저 지질 및 지형 조사에도 널리 사용됩니다.

많은 과학 기술 발전과 마찬가지로 사회적 요구와 과학 기술 진보가 소나 기술의 발전을 촉진했습니다.

작동 방식

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음파는 관찰 및 측정의 중요한 수단입니다. 흥미롭게도 영어 단어 "sound"는 명사로는 "소리"를 의미하고, 동사로는 "탐지"를 의미합니다. 이는 소리와 감지의 밀접한 관계를 보여줍니다.

음파만이 물속에서 관찰하고 측정할 수 있는 고유한 조건을 가지고 있습니다. 이는 다른 탐지 방법의 범위가 매우 짧고 물 속을 통과하는 빛의 능력이 매우 제한되어 있기 때문입니다. 심지어 가장 깨끗한 바닷물에서도 사람들은 물 속의 전자기파만 10~10m 이내의 물체만 볼 수 있습니다. 감쇠가 너무 빠르고, 파장이 짧을수록 손실이 커진다. 고출력 저주파 전자파를 사용해도 전파 범위는 수십 미터에 불과하다. 그러나 수중에서 전파되는 음파의 감쇠는 훨씬 작습니다. 심해 음향 채널에서 수 킬로그램의 폭탄이 폭발하면 신호는 여전히 20,000km 떨어진 곳에서도 수신될 수 있습니다. 저주파 음파도 수 킬로미터를 관통할 수 있습니다. 해저 지층의 정보를 얻으세요. 수중에서의 측정과 관찰을 위해 현재까지 음파보다 더 효과적인 수단은 발견되지 않았습니다.

구조 및 분류

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소나 장치는 일반적으로 배열, 전자 캐비닛 및 보조 장비의 세 부분으로 구성됩니다. 어레이는 특정 기하학적 패턴으로 배열된 수중 음향 변환기로 구성됩니다. 그 모양은 일반적으로 구형, 원통형, 평면 또는 선형입니다. 수신 어레이, 송신기 어레이 또는 결합된 트랜시버 어레이로 나눌 수 있습니다. 전자 캐비닛에는 일반적으로 전송, 수신, 디스플레이 및 제어 시스템이 있습니다. 보조 장비에는 전원 공급 장비, 연결 케이블, 수중 정션 박스 및 증폭기, 리프팅, 회전, 피칭, 후퇴, 견인, ​​호이스트, 발사 및 소나 어레이의 전송 제어와 일치하는 기타 장치와 소나 전환 커버 등이 포함됩니다.

변환기는 음파탐지기에서 중요한 장치로 음향에너지를 기계적 에너지, 전기에너지, 자기에너지 등 다른 형태의 에너지로 변환하는 장치이다. 여기에는 두 가지 목적이 있습니다. 하나는 "송신 변환기"라고 하는 수중 음파를 방출하는 것이며, 다른 하나는 "수신 변환기"라고 하는 수중 음파를 수신하는 것입니다. 공중에 있는 스피커 마이크(일반적으로 "마이크" 또는 "마이크"라고 함)에 있습니다. 실제 사용에서 변환기는 음파를 동시에 전송하고 수신하는 데 사용되는 경우가 많습니다. 특히 수신용으로 사용되는 변환기를 "수중청음기"라고도 합니다. 변환기의 작동 원리는 전기장 또는 자기장의 작용에 따라 팽창 및 수축하는 특정 재료의 압전 효과 또는 자기 변형 효과를 활용하는 것입니다.

소나는 작동 방식, 장비 대상, 전술적 용도, 어레이 운반 방법 및 기술적 특성에 따라 다양한 유형의 소나로 분류됩니다. 예를 들어 작동 모드에 따라 능동 소나와 수동 소나로 나눌 수 있으며, 장비 대상에 따라 수상함 소나, 잠수함 소나, 항공 소나, 휴대용 소나, 연안 소나로 나눌 수 있습니다.

액티브 소나(Active Sonar): 액티브 소나 기술은 소나가 능동적으로 음파를 방출하여 목표물에 '조사'한 후, 물 속에서 목표물에 의해 반사된 에코를 수신하여 목표물의 매개변수를 측정하는 것을 의미합니다. 대부분은 펄스 시스템을 사용하고 일부는 연속파 시스템을 사용합니다. 단순한 에코 탐지 장비에서 발전하여 초음파를 능동적으로 방출한 후 에코를 수신하여 계산합니다. 엔진이 꺼진 상태에서 빙산, 암초, 침몰한 선박, 해저, 어군, 기뢰 및 숨겨진 잠수함을 탐지하는 데 적합합니다.

패시브 소나 : 패시브 소나 기술은 선박 등 수중 표적에서 발생하는 방사 소음과 수중 음향 장비에서 방출되는 신호를 수동적으로 수신하여 표적의 방향을 결정하는 소나를 말합니다. 단순한 수중청음기에서 발전한 것으로, 표적이 내는 소음을 듣고 표적의 위치와 특정 특성을 파악하는데, 특히 자신을 드러내기 위한 소리를 낼 수 없지만 적 선박의 활동을 탐지해야 하는 잠수함에 적합합니다.

설치 및 사용

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전통적으로 잠수함에 소나를 설치하는 주요 위치는 현대 잠수함의 의존도가 높기 때문에 앞쪽에 있습니다. 패시브 소나의 탐지 효과와 거대한 무선 장치는 잠수함의 직경을 증가시킬 뿐만 아니라 이 위치에서 어뢰 발사관을 순순히 포기하고 측면으로 후퇴합니다.

잠수함에 설치된 다른 소나 유형에는 선체의 다른 위치에 설치된 수동 소나 청취 장치가 포함됩니다. 서로 다른 위치에서 수신된 동일한 신호를 사용하여 컴퓨터로 대략적이고 얕은 위치를 계산할 수 있습니다. 측정 기준선이 더 길고 정확도가 더 높기 때문에 선체가 더 큰 잠수함에 더 유리합니다.

또 다른 유형의 소나는 이 소나 장치를 사용할 때 잠수함과 케이블로 연결되어 탐지를 위해 소나 본체를 잠수함 뒤쪽으로 견인하기 때문에 "견인형 소나"라고 합니다. 견인식 소나는 모든 방향과 다양한 깊이, 특히 잠수함의 꼬리 부분에서 잠수함의 탐지 능력을 크게 향상시킵니다. 잠수함의 꼬리 끝 부분도 동력 출력 부분이기 때문이다. 물의 흐름 소리의 간섭으로 인해 전방에 위치한 소나가 이 부분의 신호를 들을 수 없어 사각지대가 생기기 때문이다. 견인식 소나를 사용한 후에는 이 사각지대를 제거하고 이 영역에 숨어 있는 표적을 찾을 수 있습니다.

영향 요인

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소나 자체의 기술적인 상태 외에도 소나의 성능에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다. 외부 조건에 의해 심각한 영향을 받습니다. 보다 직접적인 요인에는 전파 감쇠, 다중 경로 효과, 반향 간섭, 해양 소음, 자체 소음, 표적 반사 특성 또는 방사 소음 강도 등이 포함됩니다. 대부분은 해양 환경 요인과 관련이 있습니다. 예를 들어 음파가 전파되는 동안 해수 매체와 해수면 및 해저의 고르지 않은 분포에 의해 영향을 받고 제한되며, 이로 인해 음파 굴곡, 신호 변동 및 간섭이 발생합니다. 왜곡, 전파 경로의 변화 및 음파 그림자 영역의 발생은 소나의 범위와 측정 정확도에 심각한 영향을 미칩니다. 현대식 소나는 해역의 음속 및 수심 변화에 따른 전파 조건에 따라 어레이의 작동 깊이 및 피치 각도를 적절하게 선택할 수 있으며 음파의 다양한 전파 경로(직접음, 해저 반사음, 수렴음)를 사용할 수 있습니다. 전파 조건의 역효과로 인해 소나 탐지 범위가 증가합니다. 또 다른 예로, 캐리어 플랫폼의 자체 소음은 주로 속도와 관련이 있으며, 속도가 높을수록 자체 소음이 커지고 소나 범위가 가까울수록 표적의 반사력이 커집니다. 적의 액티브 소나가 더 멀리 탐지할 수 있습니다. 표적이 방출하는 소음의 강도가 클수록 적의 패시브 소나가 더 멀리 탐지할 수 있습니다.