تطوير محول الطاقة الصوتية تحت الماء في تطبيق الكشف تحت الماء

ال محول الطاقة الصوتي تحت الماء هو الأداة الرئيسية التي تستخدم الموجات الصوتية لكشف وتحديد وتحديد الأهداف تحت الماء، أو للتواصل وإرسال التقارير تحت الماء. يسمى محول الطاقة الذي يستخدم لإصدار موجات صوتية جهاز الإرسال. عندما يكون محول الطاقة في حالة الانبعاث، فإنه يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ومن ثم إلى طاقة صوتية. في الوقت الحاضر، تتمتع عناصر مجموعة محولات الطاقة التقليدية المصممة بمواد كهرضغطية، وخاصة محولات الطاقة منخفضة التردد، بحجم ووزن كبيرين نظرًا لخصائصها الهيكلية، والتي لا تزيد من تكلفة التصنيع والاستخدام والصيانة فحسب، بل تقترح أيضًا ميزات خاصة للمنصة. المتطلبات وتحد من حجم وشكل التشكيل، وبالتالي تقييد التكتيكات والمؤشرات الفنية. كيفية حل مشكلة حجم وشكل المصفوفة الصوتية، وكيفية توحيد التصميم الهيكلي لمصفوفات السونار منخفضة التردد وعالية التردد، وعلى أساس هيكل عناصر المصفوفة الجديد، من خلال الجمع بين المصفوفات المطابقة واسعة النطاق لتحسين الصوت. لا شك أن المؤشرات الفنية المختلفة لمصفوفة ناجي هي حاجة ملحة لإفساح المجال أمام الأداء القتالي للمنصة والأسلحة تحت الماء وتحسين القدرات القتالية تحت الماء لجيشنا.

 

1 نوع جديد من محولات الطاقة المركب الكهرضغطية

الشكل 3.1 عنصر المصفوفة وعرض المقطع العرضي لمحول الطاقة المركب الكهرضغطي لبرعم القمر

الشكل 3.2 عنصر الصفيف وعرض المقطع العرضي لمحول الطاقة الصنجي

نوع مونبود يعد محول الطاقة الصوتي الكهرضغطي تحت الماء (الشكل 3.1) ومحول الطاقة المركب الكهروضغطي من النوع الصنج (الشكل 3.2) من أكثر محولات الطاقة المرنة تمثيلاً والتي يتم التركيز عليها حاليًا في الخارج. تمت تسمية محولات الطاقة المركبة الكهرضغطية لهذين الهيكلين على اسم شكل أغطيةها المعدنية. تجويف الغطاء المعدني لهيكل برعم القمر هو نوع برعم القمر، في حين أن تجويف الغطاء المعدني للهيكل الصنج هو نوع الصنج، والتجويف هو الهواء. كلها مصنوعة من مركب من المعدن والسيراميك الكهرضغطي. يتم دمج المواد المركبة الخزفية المعدنية الكهرضغطية مع السيراميك الكهروضغطي من خلال معادن على شكل لوحة وصدفة وغطاء لتغيير توزيع الضغط داخل السيراميك، وبالتالي تحسين أداء المواد الكهرضغطية. ميزاته الرئيسية هي التصميم البسيط والمعالجة السهلة والتكلفة المنخفضة. يُظهر محول الطاقة المركب الكهروضغطي برعم القمر ومحول الطاقة المركب الكهرضغطي الصنج أداءً كهرضغطيًا جيدًا. يغير هذا الهيكل توزيع الضغط للواجهة الخزفية من خلال تحويل الضغط بين المعدن على شكل غطاء والواجهة الخزفية، ويجعل المادة المركبة يؤدي الأداء الكهرضغطي الطولي والأداء الكهرضغطي العرضي إلى إنتاج تأثير إضافي، وبالتالي تحسين أداء الاقتران الكهرضغطي بشكل كبير dh للمادة. من بينها، dh للمواد المركبة لهيكل برعم القمر أعلى بـ 10-20 مرة من تلك الموجودة في السيراميك الكهرضغطي. يمكن أن يكون هيكل الغطاء أعلى بـ 30-40 مرة من السيراميك الكهرضغطي. يظهر الجدول 3.1 مقارنة أداء برعم القمر ومركبات السيراميك المعدنية الكهرضغطية على شكل غطاء والسيراميك الكهرضغطي.

 

2 محول الصنج

الشكل 4.1 عرض مقطعي للهيكل الأساسي لعنصر صفيف محول الطاقة الصنج

الشكل 4.2 يتم تحويل الإزاحة الشعاعية للرقاقة الخزفية لعنصر مجموعة الصنج إلى إزاحة في اتجاه سمك الغطاء المعدني

بنية عنصر المصفوفة: يظهر الهيكل الأساسي لعنصر المصفوفة في الشكل 4.1. يتم تشكيلها عن طريق ربط قطعتين من الصفائح المعدنية المختومة في شكل الصنج وصفيحة سيراميك كهرضغطية. يمكن أن تكون مادة الصفائح المعدنية من سبائك التيتانيوم والنحاس وسبائك الفولاذ وما إلى ذلك. إن استخدام سبائك التيتانيوم كمادة صفائح معدنية يمكن أن يجعل عنصر الصنج يتمتع بمقاومة أكبر لضغط الماء. بالنسبة لقطر العنصر dp=10mm، فإن يمكن لمحول الطاقة الصوتي الصنج تحت الماء أن يتحمل الضغط على عمق 600 متر. ومع ذلك، فإن مواد سبائك التيتانيوم أغلى من مواد النحاس وسبائك الفولاذ. لذلك، تكون مواد سبائك التيتانيوم محدودة نسبيًا عندما لا يتم أخذ عمق الماء في الاعتبار. بالمقارنة مع المواد المصنوعة من سبائك الفولاذ، تتمتع عناصر مجموعة الصنج النحاسية بخصائص كهرضغطية أفضل عندما يتم تطبيقها في نفس الوقت على عناصر مجموعة الصنج. تشتمل مواد السيراميك الكهرضغطية أيضًا بشكل أساسي على PZT-4 وPZT-8 وPZT-5. عندما يتم استخدام محولات الطاقة الصنجية كمحولات طاقة للإرسال، يتم استخدام السيراميك الكهرضغطي PZT-4 وPZT-8 بشكل شائع كمحولات طاقة مستقبلة. عند الاستخدام، يتم استخدام السيراميك الكهرضغطي PZT-5 بشكل شائع. مبدأ العمل: عندما يتم تطبيق الجهد على قطبي عنصر مجموعة الصنج، فإن السيراميك الكهرضغطي سينتج اهتزازًا طوليًا وجانبيًا. الاهتزاز الطولي للسيراميك الكهرضغطي يجعل اللوحتين المعدنيتين لعنصر الصفيف تنتجان إزاحة طولية مباشرة؛ يؤدي الإزاحة الجانبية إلى ضغط الصفائح المعدنية أو تمددها في الاتجاه الشعاعي. ونظرًا للشكل الخاص للصنج، فإن هذا يتسبب أيضًا في إزاحة طولية لأعلى الصفائح المعدنية، كما هو موضح في الشكل 4.2. سيؤدي كل من الإزاحة الطولية والقطرية للسيراميك الكهرضغطي إلى إنتاج غطاء النهاية المعدنية إزاحة طولية، ونتيجة تراكب الإزاحتين هي إزاحة الغطاء الطرفي المعدني، مما يؤدي إلى تضخيم إزاحة الغطاء الطرفي المعدني.

 

3 خصائص وآفاق تطبيق الصنج محول الطاقة الصوتية الكهرضغطية تحت الماء

3.1 مميزات محول الطاقة الكهرضغطية الصنج

1) عنصر المصفوفة صغير الحجم، وعالي الضغط الساكن ومعامل كهرضغطية، وسهل التوافق مع وسط الماء، وله نطاق ترددي كبير جدًا؛ من بينها، يتم استخدام تصميم عنصر المصفوفة المقعرة وتصميم التوازن الهيدروستاتيكي الخاص لاختراق حد عمق العمل للمصفوفة الأساسية.

2) توفير نوع من أجهزة الاستشعار والمصفوفات الصوتية القابلة للتطبيق بشكل شامل للمنصات تحت الماء والأسلحة تحت الماء. هذا النوع من المصفوفات الصوتية صغير الحجم وخفيف الوزن وله نطاق واسع من التطبيقات. مطالبة.

3) نظرًا للخصائص الصغيرة والخفيفة لمجموعة الصنج الجديدة، يمكن تجميعها على نطاق واسع.

4) استخدم نظرية تصميم عناصر صفيف الصنج والبرمجيات الخاصة لتوحيد هيكل الصفيف لكل نطاق تردد في هيكل الصنج بمقاييس مختلفة، بحيث يمكن تحسين كل نطاق تردد وتطويره

كما أنه يتجنب الاختبارات غير الضرورية والمملة ويشكل طريقة تصميم وتطوير جديدة سريعة وموحدة لمجموعة الصنج. باستخدام هذه الطريقة، بالإضافة إلى تطوير منتجات ذات ترددات تشغيل مماثلة، سيتم أيضًا تطوير عناصر مصفوفة جديدة منخفضة التردد وعالية التردد ومصفوفات أساسية تعمل في نطاقات تردد مختلفة.

 

3.2 آفاق التطبيق

1) الاتصال تحت الماء: نظرًا لأن محول طاقة السونار الصنج يتميز بخصائص الحجم الصغير والوزن الخفيف وسهولة النشر والحساسية العالية وما إلى ذلك، يمكن تشكيل عناصر مجموعة السونار الصنج في مصفوفة خطية للاتصالات تحت الماء، أو كوحدة نظام الاتصالات تحت الماء تنشئ شبكة اتصالات تحت الماء لتحقيق اتصال واسع النطاق ومسافة طويلة تحت الماء، ويمكنها تغيير موقع الدفاع تحت الماء على الفور وفقًا للاحتياجات القتالية، مما يجعل الاتصال تحت الماء سريعًا ومرنًا.

2) يستخدم لتوجيه الطوربيد: يتمتع السونار الصنجي بحساسية استقبال عالية. يمكن تطبيق السونار الصنجي على الطوربيدات السلبية لتحقيق تتبع الطوربيد وتوجيهه.

3) يستخدم لاستقبال السونار للغواصات: يمكن تشكيل عناصر مصفوفة السونار الصنجية في مصفوفة مشتركة، والتي يمكن ترتيبها على رأس أو جانب الغواصة لأداء وظائف الكشف وتحديد المواقع.

4) أخرى: يمكن استخدامها كسونار القطر، وسونار تجنب الألغام، وسونار الغمس، وما إلى ذلك.