Установки направленного акустического воздействия для отпугивания птиц в аэропортах

С развитием авиатранспорта участились случаи столкновения птиц с воздушными суднами (ВС). В результате, которых ВС наносятся повреждения различного характера от нарушения целостности обшивки до вывода из строя двигателей. Большая часть данных случаев происходит в пределах взлетной полосы аэродрома, при взлете или посадки воздушного судна. Для предотвращения столкновений воздушных судов с птицами разрабатываются целые комплексы мероприятий.

На современном этапе развития науки необходимо внедрять более технологичные устройства и способы, применяемые для этих целей. К таким устройствам относятся биоакустические программируемые отпугиватели птиц. Принцип таких устройств заключается в воспроизведении тревожных криков птиц либо отпугивающих сигналов. Применение биоакустических отпугивателей с дополнительным параллельным использованием других методов позволит избежать эффекта «привыкания». И, следовательно, избежать снижения эффективности применения устройств данного типа. К таким установкам предъявляется ряд требований, таких как мобильность, четкость воспроизведения сигналов, защита от осадков. Обычно такие системы состоят из акустического излучателя и электронной части. В качестве акустического излучателя используются пьезоэлектрические или электродинамические излучатели. В электронной части задаются параметры воспроизведения: тип сигнала, длительность импульса, частота повторения сигналов, мощность звука.

Предшественником таких устройств является биотехническая установка для отпугивания птиц от взлетных полос «Беркут». Монтировалась в автомобилях УАЗ-452 или на другом транспортном средстве, применяющемся в аэропортах. Напряжение питания 12 В от бортовой сети автомобиля. Фонограмма тревожных криков птиц усиливалась и транслировалась двумя акустическими агрегатами направленного действия, установленными на поворотной платформе. Максимальная выходная мощность данной установки составляла 120 Вт. Диапазон воспроизводимых частот составлял 400 – 16 000 Гц. Дальность действия по информации разработчиков не менее 500 м. Могла использоваться в зонах с умеренным и холодным климатом.

По данным сети Интернет в аэропортах РФ применяются биоакустические отпугиватели: «Универсал-Акустик», БАП-03, а также отпугиватель иностранного производства Bird Gard Super Pro AMP. Количество сигналов, воспроизводимых данными устройствами, варьируется от 4 до 300 в зависимости от модели. Отличаются они использованием различных акустических излучателей, вследствие этого, полосой воспроизводимых частот. Существенным минусом таких систем является ограничение применения при условиях низких температур. Нижняя граница рабочей температуры составляет -20°С, в то время как температура воздуха опускается до минус 30°- 40°С в регионах Сибири и на Дальнем Востоке.

БАП-03 снабжен двумя электродинамическими рупорными излучателями, подключенными ко входу усилителя мощности устройства. Источником питания служит аккумуляторная батарея 12 В. В целях экономии электроэнергии установлен фотоэлемент, отключающий устройство в темное время суток. Выходная мощность составляет 60 Вт.

Система американского производства Bird Gard Pro Super AMP состоит из акустического излучателя, солнечной батареи и электронной части. В качестве излучателя выбраны пьезоэлектрические рупорные громкоговорители в количестве 20 штук, излучающие в четырех направлениях.

Установка «Универсал-Акустик» отличается от аналогов большим числом воспроизводимых сигналов и максимальной выходной мощностью, которая составляет величину порядка 200 Вт. Все приборы показали увеличение эффективности отпугивания птиц при использовании в комплексе с другими традиционными методами и средствами.

Из-за отсутствия защиты от попадания дождя рупорные громкоговорители имеют свойство выходить из строя вследствие попадания влаги внутрь излучателя. В таблице 1 приведены основные характеристики данных систем.

Таблица 1 – Характеристики систем биоакустического отпугивания:

Параметр	Универсал-Акустик	БАП-3	Bird Gard Super Pro AMP
Диапазон воспроизводимых частот	90 – 19000 Гц	н/д	2 000-10 000
Максимальная выходная мощность	200 Вт	60 Вт	н/д
Электропитание	стационарный источник 220 V АC 50 Гц	12 В	Солнечная батарея 40 Вт, от 12 В либо от 220 через адаптер
Длительность сигнала отпугивания, сек	30-60	30, 60, 90,120	н/д
Объём памяти установки	до 300 сигналов	4 сигнала	От 1 до 8 сигналов
Число динамиков	8	2	20
Радиус действия	более 600 метров	500 м	н/д
Диапазон рабочих температур	от -20° до +60°С	н/д	н/д
Возможность программировать	есть	есть	н/д
Размеры	133х40х46 см	н/д	813x533x76 мм
Длительность пауз	задается	задается	От 17 сек до 30 минут
Защита от атмосферных осадков	Да	н/д	н/д

Наши исследования в области разработки и применения акустических устройств, генерирующих мощный акустический направленный пучок, позволяют предложить новый тип биоакустических отпугивателей. В состав устройства, кроме непосредственно излучающей системы, входят также портативный компьютер и источник питания. Акустический излучатель представляет собой антенную решетку, состоящую из множества отдельных излучающих элементов, и синфазно генерирующих звуковые колебания. Данное устройство может работать в том же режиме, что и обычные стационарные системы контроля, воспроизводящие тревожные сигналы через определенные промежутки времени.

Другим способом применения разработанного устройства является непосредственное воздействие на птиц с помощью акустического сигнала большой мощности порядка 150 дБ и более в направлении взлетно-посадочной полосы. Устройство акустического воздействия (УАВ) позволяет концентрировать акустическое излучение в направленный пучок. Объект, находящийся в центре пучка, подвергается сильнейшему звуковому воздействию. Данное устройство акустического воздействия может применяться непосредственно перед взлетом самолета для отпугивания птиц с взлетной полосы. Ширина пучка составляет около 15° на частоте 2000 Гц. Такая «узконаправленность» позволяет генерировать излучение в узкий сектор и, в совокупности с применением звукозащитной бленды, значительно уменьшает воздействие звука на людей, находящихся поблизости зоны действия установки, а также снижает интенсивность излучения, воздействующего на оператора, находящегося непосредственно позади излучателя. Возможность монтажа данной системы на автомобиль позволяет применять УАВ в любой точке аэропорта, направляя акустический луч непосредственно в область скопления птиц с небольшого расстояния. Установка видеорегистрирующей и управляющей аппаратуры позволит, находясь в здании аэропорта или в кабине автомобиля, дистанционно управлять направлением распространения излучения установки, а также всеми параметрами, такими как тип сигнала, частота, длительность сигнала и т.п.

Был разработан ряд акустических излучателей, например, АИ-40 и АИ-91, обладающих следующими техническими характеристиками: (таблица 2).

Таблица 2 – Характеристики систем АИ-40 (рис. 3,а) и АИ-91 (рис. 3, б; рис. 3, в):

Акустический излучатель	АИ-40	АИ-91 с модификацией
Число элементов	40	91
Потребляемая электрическая мощность, Вт	450	1000
Максимальное акустическое давление, дБ/1м	145	155
Габариты, мм	1000х1000х300	1237х1392х296 (б); 850х950х170 (в)
Ширина ДН	15° …7° (2000 …5000 Гц)	15° …7° (2000 …5000 Гц)
Минимальная рабочая температура, °С	-30 °С	-30 °С
Масса, кг	40	35
Дальность вещания	Не менее 1000 м	Не менее 1500 м

Соответственно биоакустический отпугиватель на основе данных устройств имеет характеристики, приведенные в таблице 3. Портативный компьютер, входящий в состав системы, расширяет функциональные возможности данного устройства. Акустический излучатель, расположенный на поворотном устройстве, поворачивается в горизонтальной и вертикальной плоскостях усилиями оператора. При установке на транспортное средство система через инвертор напряжения подключается к автомобильному аккумулятору. Тщательно подобранные электронные комплектующие увеличивают диапазон рабочих частот до -30°С. Масса устройства составляет около 35-40 кг. При необходимости два человека легко справляются с перемещением и установкой биоакустического отпугивателя на новом месте.

Таблица 3 – Характеристики биоакустического отпугивателя:

Диапазон воспроизводимых частот:	1000 – 27000 Гц
Максимальная выходная мощность:	1000 Вт
Электропитание:	стационарный источник 220 V АC 50 Гц или от автомобильного аккумулятора через инвертор
Сигнал отпугивания:	Задается оператором
Направленность звукового излучения:	от 15° до 7°
Уровень мощности	До 155 дБ
Минимальная рабочая температура	-30°С

Данная система лишена недостатков вышеупомянутых систем и обладает такими преимуществами, как высокий уровень сигнала, направленность воздействия. Использование оригинального программного обеспечения позволяет воспроизводить не только сигналы, записанные в память устройства, но и генерировать другие различные виды сигналов, например, такие как синусоидальный, импульсный, белый шум, варьируя при этом частотой, длительностью и мощностью излучения. Данная функция может применяться также для изучения интенсивности (эффективности) воздействия звука на птиц в зависимости от частоты излучения или типа сигнала. Таким образом, установка акустического воздействия может применяться как биоакустический отпугиватель, как мобильная звуковая пушка, которая не причиняет летального вреда живым существам, но эффективно воздействует на их поведение. Возможности системы не исчерпываются только функцией отпугивания. На ее основе планируется реализовать акустический локатор для зондирования атмосферы, который будет обеспечивать дистанционные наблюдения профиля скорости ветра в нижнем слое атмосферы. Мониторинг скорости ветра может осуществляться непрерывно, все данные об изменении структуры атмосферного пограничного слоя тут же отображаются на дисплее. На основе полученных данных можно оценить величину сдвига ветра и интенсивность турбулентных потоков в направлении движения ВС.