التصميم الأمثل للغطاء الكروي لمكبر الصوت ذو ناقل الاهتزاز المشترك (1)

الملخص: بهدف حل مشكلة الضغط الهيكلي للهيدروفونات الناقلة للمياه العميقة، تم استخلاص صيغة الضغط الأقصى للغلاف الكروي للضغط الخارجي، وتأثير المواد وأبعاد الغلاف الاهتزازي المشترك. يتم هنا تحليل الهيدروفونات الكروية الناقلة لأدائها الصوتي وأداء الضغط. بناءً على ذلك، تم تقديم طريقة تصميم غلاف كروي ذو جدران رقيقة ومقاوم للضغط ذو كثافة متوسطة منخفضة. تمت دراسة المواد الهندسية النموذجية لأعماق البحار، وتم اختيار مادة سبائك الألومنيوم، وتم إنتاج هيدروفون ناقل كروي مشترك الاهتزاز بعمق مصمم لمقاومة الضغط يصل إلى 3000 متر. تمت محاكاة الهيكل المقاوم للضغط للهيدروفون بطريقة العناصر المحدودة، وتم اختبار حساسيته واتجاهه وقدرته على مقاومة الضغط. أظهرت النتائج أن الهيدروفون المتجه لديه اتجاهية جيب التمام جيدة، وحساسيته -188 ديسيبل عند 500 هرتز، ويمكنه تحمل ضغط خارجي قدره 37.5MPa. يتحقق هذا من طريقة التصميم والهندسة للقشرة الكروية ذات الحد الأدنى من الكثافة ذات الجدران الرقيقة المقاومة للضغط الواردة في هذه الورقة. عقلانية وجدوى تصميم النموذج الأولي

 

مقدمة

 

ال يمكن لمكبر الصوت المتجه للاهتزاز المشترك قياس معلومات ناقل سرعة الاهتزاز في وسط المجال الصوتي، ويمكن لمكبر الصوت المتجه الفردي إكمال تحديد اتجاه الهدف الصوتي. كما أنها تتمتع بمزايا الحجم الصغير، وانخفاض استهلاك الطاقة، والحساسية العالية، ونطاق التردد المعتدل، وهي مناسبة جدًا للتثبيت على منصات غير مأهولة تحت الماء مثل الطائرات الشراعية تحت الماء والعوامات الجانبية لأداء مهام مثل اكتشاف الهدف ومراقبة الضوضاء البيئية البحرية. في الوقت الحاضر، مع تطور التكنولوجيا المقاومة للضغط، يتزايد عمق العمل لمختلف المنصات غير المأهولة تحت الماء، مما يطرح متطلبات أعلى لقدرة مقاومة الضغط للهواتف المائية الموجهة. طورت الولايات المتحدة وروسيا ودول أخرى هيدروفونات متجهة بعمق عمل يتراوح بين 5000 إلى 6000 متر. محليا، لا يزال في المرحلة الأولية من البحث. تم تصنيع مكبر الصوت المتجه بعمق مقاومة للضغط يصل إلى 1000 متر باستخدام راتنجات الإيبوكسي وحشو المواد المركبة ذات الحبيبات الزجاجية الدقيقة وحشو زيت القشرة المعدنية. حساسية واتجاهية الهيدروفون غير مرضية؛ يتم استخدام مخطط الغلاف المزدوج الطبقة للغلاف المركب الخارجي والغطاء الداخلي من سبائك الألومنيوم لتصميم مكبر صوت متجه بعمق مقاومة للضغط يبلغ 2000 متر. ونظرًا لحجمها الكبير، فإن حد التردد العلوي لها يبلغ 1000 هرتز فقط؛ تم تصميم وتصنيع الهيدروفون المركب المقاوم للضغط والاهتزاز المشترك بقشرة معدنية مغطاة بقشرة من البولي يوريثين. اختبار الغوص، أقصى عمق للغوص هو 1200 متر. يحقق تصميم الغلاف الرقيق المصنوع من سبائك الألومنيوم على شكل كبسولة هيدروفونًا ناقلًا للاهتزاز المشترك مع مقاومة ضغط تبلغ 20 ميجا باسكال. في هذا البحث، يتم تطبيق النظرية ذات الصلة لتصميم أوعية الضغط على تصميم هيدروفون ناقل ذو عمق كبير، ويتم استخدام غلاف كروي ذو طبقة واحدة رقيقة الجدران مصنوع من مواد معدنية عالية القوة مباشرة كغلاف مقاوم للمكبر المائي المتجه. عملية هذا المخطط بسيطة نسبيًا، ويمكن أن تصل إلى عمق جهد كبير. في هذا المخطط، فإن كيفية اختيار مادة الغلاف الكروي وتصميم حجم الغلاف الكروي بحيث يمكن تحسين الأداء الصوتي لمكبر الصوت المتجه قدر الإمكان على فرضية أن أداء مقاومة الضغط يلبي المتطلبات هو المفتاح لتصميم الغلاف الكروي للضغط لمكبر الصوت المتجه.

 

1 العوامل المؤثرة في الأداء الصوتي للهيدروفون الناقل الكروي المشترك الاهتزاز

 

عند الاهتزاز المشترك يعمل الهيدروفون ذو التردد المنخفض في مجال الصوت تحت الماء، وسوف يهتز تحت تأثير مجال الصوت. اضبط سرعة اهتزازه على v. بالإضافة إلى ذلك، اضبط موضع المركز الهندسي الأصلي للمضخم المائي عندما لا يتم وضع المضخم المائي في مجال الصوت. إذا كانت سرعة اهتزاز الجسيم المتوسط هي v0، فيمكن التعبير عن الشرط المسبق للعلاقة التالية (3) كتردد الموجة الصوتية fc 2 π R. ويمكن أن نرى من المعادلة (3) أنه عندما يكون الحد الأعلى لتردد العمل لموجه ناقل كروي متأرجح أصغر بكثير من oc 2 π R، كلما كان متوسط كثافة الهيدروفون أصغر، كلما قلت سعة سرعة الاهتزاز v واهتزاز نقطة جودة المياه في مجال الصوت. كلما زادت القيمة المطلقة لنسبة سعة السرعة، زادت حساسية سرعة اهتزاز الهيدروفونات، وفرق الطور بين سرعة اهتزاز الهيدروفونات وسرعة اهتزاز نقطة جودة المياه يقترب من الصفر. نظرًا لأن مكبر الصوت المتجه للاهتزاز المشترك مزود أيضًا بأجهزة استشعار لاقط الاهتزاز ودوائر تكييف الإشارة وغيرها من الهياكل الإضافية، فمن الصعب إدراك أن متوسط ​​الكثافة vr للمسماع المائي المتجه أقل من كثافة ρ 0. الماء تتابع الهندسة بشكل عام أن متوسط ​​كثافة الهيدروفون قريب من كثافة وسط الماء. في هذا الوقت، يمكن للهيدروفون التقاط سرعة اهتزاز نقطة جودة المياه في مجال الصوت تقريبًا 1:1، ويمكن أن يكون الحد الأعلى لتردد العمل للهيدروفون هو نفس ناقل الاهتزاز المائي. يتضمن الأداء الصوتي للمستمع بشكل أساسي الحساسية والاتجاه ونطاق تردد العمل. عندما تكون حساسية مستشعر التقاط الاهتزاز الداخلي ثابتة، يتم تحديد حساسية الهيدروفون من خلال متوسط ​​كثافته. كلما كان متوسط ​​الكثافة أصغر، زادت حساسية الهيدروفون. يتم تحديد اتجاهية الهيدروفون بشكل أساسي من خلال الحساسية الجانبية لمستشعر التقاط الاهتزاز الداخلي. سيؤثر شكل الهيدروفون أيضًا على الاتجاهية. كلما كان الهيدروفون أقرب إلى الشكل الكروي القياسي، قل التداخل الذي يحدثه في الاتجاهية. نظرًا لأن حد التردد العلوي لمستشعر التقاط الاهتزاز الداخلي مرتفع بشكل عام، فإن الحد الأعلى لنطاق تردد عمل المضخم المائي يتم تحديده بشكل عام من خلال نصف القطر الخارجي Ro للمضخم المائي. كلما كان نصف القطر الخارجي أصغر، زاد الحد الأعلى لتردد عمل الهيدروفون. لذلك، عند تصميم الغلاف الكروي المقاوم للضغط لمكبر الصوت المتجه للاهتزاز المشترك، من أجل تعظيم الأداء الصوتي للمكبر الصوتي، من الضروري جعل متوسط ​​الكثافة r للغلاف الكروي صغيرًا قدر الإمكان في ظل فرضية إرضاء الأداء المقاوم للضغط. وفي الوقت نفسه، اجعل نصف القطر الخارجي Ro صغيرًا قدر الإمكان. يتطلب الحد الأعلى للتردد لمكبر الصوت الكروي المتجه ذي الاهتزاز المشترك أنه كلما كان نصف القطر الخارجي أصغر، كان ذلك أفضل؛ تتطلب حساسية الموجه المائي الكروي المشترك الاهتزاز أنه كلما كان متوسط ​​الكثافة أصغر، كان ذلك أفضل؛ كلما كان نصف القطر الخارجي أصغر عندما لا تتغير المادة والسمك، يزداد متوسط ​​الكثافة بدلاً من ذلك، وهذا تناقض. يتطلب أداء الضغط للهيدروفون الموجه الكروي المشترك الاهتزاز أنه كلما كان نصف القطر الخارجي أصغر، كلما زاد سمكه، وكلما زادت قوة المادة، كان ذلك أفضل. كلما كان نصف القطر الخارجي أصغر وكلما زادت السُمك، زاد متوسط ​​الكثافة، وهو أيضًا تناقض. تتطلب مقاومة الضغط والأداء الصوتي للهيدروفون الموجه الكروي المشترك الاهتزاز أن يكون تصميم غلافه الكروي صغيرًا قدر الإمكان (حساسية عالية) ونصف قطر خارجي صغير قدر الإمكان (الحد الأعلى للتردد العالي) على أساس الوصول إلى متطلبات مقاومة الضغط)، وهذه القيود تقيد بعضها البعض. سوف يدرس ما يلي العلاقة بين المادة ونصف القطر الخارجي وسمك الغلاف الكروي للهيدروفون المتجه الكروي المشترك الاهتزاز ومقاومته للضغط والحساسية والحد الأعلى للتردد العالي، من أجل العثور على المتجه بأفضل أداء صوتي في ظل فرضية إرضاء أداء الضغط. مخطط تصميم الغلاف الكروي المقاوم للضغط للهيدروفون.

 

2 تحليل فشل القشرة الكروية رقيقة الجدران تحت الضغط الخارجي

 

عندما يعمل الهيدروفون المتجه الكروي المشترك الاهتزاز بشكل طبيعي تحت الماء، فإن غلافه الكروي المقاوم للضغط يتعرض لضغط هيدروستاتيكي خارجي. إنه وعاء ضغط خارجي. دون النظر إلى فشل التآكل، هناك وضعان رئيسيان للفشل: فشل القوة وفشل الاستقرار.

 

2.1 فشل القوة

فشل القوة يعني أنه عندما يتجاوز الضغط الأقصى للمادة في وعاء الضغط نقطة الخضوع، تتغير المادة من التشوه المرن إلى التشوه اللدن، مما يؤدي إلى تشوه أو كسر لا رجعة فيه. وفقًا لنظرية الإجهاد الرئيسي الأقصى ومعيار الفشل المرن، إذا لم يكن الغلاف الكروي للضغط الخارجي يعاني من فشل في القوة، فيجب أن يكون الحد الأقصى للضغط T أقل من أو يساوي الإجهاد المسموح به لفشل القوة للمادة المستخدمة في الغلاف الكروي. في مجال تصميم أوعية الضغط، يستخدم الناس صيغة الضغط الأقصى عند تصميم الأصداف الكروية ذات الضغط الخارجي. هذه الصيغة هي صيغة موجزة للخبرة الهندسية. الحساب بسيط، ولكن الشرط الأساسي لإنشائه هو أن تكون القشرة الكروية عبارة عن قشرة رقيقة الجدران، أي أن Ro/Ri مطلوب. ≥ 1.35، حيث Ro هو نصف القطر الخارجي للغلاف الكروي وRi هو نصف القطر الداخلي. الحل الذي تم الحصول عليه باستخدام هذه الصيغة ينتمي إلى الحل الأمثل المحلي. ولذلك، يتم إعادة اشتقاق الضغط الأقصى للغلاف الكروي ذو الضغط الخارجي. دع p هو الضغط الخارجي على الغلاف الكروي و δ هو سمك الغلاف الكروي. وفقًا للنظرية الخالية من العزم للغلاف الدوار، فإن الضغط الشعاعي داخل الغلاف الكروي ذي الجدران الرقيقة تحت ضغط خارجي صغير جدًا، ولا θθ . يتم النظر إلا في ضغط الضغط المحوري Tzz وضغط الضغط المحيطي T وبما أن الشكل الهندسي للغلاف الكروي متناظر بالنسبة إلى مركز الكرة، فإن إجهاد الضغط المحوري وضغط الضغط المحيطي متساويان في القيمة. في القسم الذي يمر عبر مركز الكرة، تكون القوة الناتجة للضغط الخارجي p على قسم الغلاف الكروي هي Fs=p π Ro2، ومساحة المقطع العرضي لمادة الغلاف Ss= π (Ro2-Ri2)، لذا فإن Tzz وT θθ للغلاف الكروي ذو الضغط الخارجي هما الغلاف الكروي. يجب أن يفي فشل القوة بالحد الأقصى للضغط الخارجي المسموح به pi

 

2.2 فشل الاستقرار

يشير فشل الاستقرار إلى فشل وعاء الضغط من حالة التوازن المستقر إلى حالة غير مستقرة تحت تأثير الحمل الخارجي، ويفقد فجأة شكله الهندسي الأصلي. عندما يكون سمك الغلاف الكروي رقيقًا جدًا، غالبًا ما يحدث فشل عدم الاستقرار قبل فشل القوة. بالنسبة لغلاف كروي رقيق الجدران تحت ضغط خارجي، فإن صيغة حساب ضغط الانبعاج الحرج pcr مشتقة من نظرية التشوه الصغير، حيث E هو معامل يونغ لمادة الغلاف الكروي وهي نسبة بواسون للمادة. يعد حساب صيغة الضغط الحرج النظري للتشوه الصغير بسيطًا نسبيًا، ولكن الخطأ كبير نسبيًا، ويمكن تعويضه بعامل أمان أكبر m. GB 150.3 ينص على م=14.52. ثم يجب استيفاء الحد الأقصى المسموح به من الضغط الخارجي (ps) لفشل استقرار الغلاف الكروي ذي الجدران الرقيقة.

 

3 التصميم الأمثل للغلاف الكروي المقاوم للضغط للهيدروفون الموجه

 

الغلاف الكروي المقاوم للضغط محول الطاقة الموجه للسماعات المائية ويحتاج إلى تلبية الحد الأقصى المسموح به من الضغط الخارجي p=min(pi, ps). لا يفشل بالإضافة إلى معلمات المادة نفسها، فإن الحد الأقصى للضغط الخارجي المسموح به للغلاف الكروي يرتبط فقط بـ Ri/Ro. تعريف متغير X=Ri/Ro. من السهل معرفة أن X هي نسبة نصف القطر الداخلي والخارجي للغلاف الكروي، X∈(0,1)، وهذا المتغير ليس له أبعاد، فكلما زاد حجم X، كان الغلاف الكروي أرق. بعد الضغط المسموح به T لمادة معينة والحد الأقصى المسموح به للضغط الخارجي p للغلاف الكروي، يتم الحصول على القيمة القصوى لـ X التي يفي بها الغلاف الكروي بمتطلبات القوة، والتي يتم تسجيلها على أنها Xi. وبالمثل، معامل يونغ E، بعد نسبة بواسون μ والحد الأقصى المسموح به للضغط الخارجي p للغلاف الكروي، يمكن الحصول على القيمة القصوى لـ X التي يفي بها الغلاف الكروي بمتطلبات الاستقرار وفقًا للصيغة، والتي يتم تسجيلها على أنها Xs. يمكن للهيدروفون المتجه الكروي المشترك الاهتزاز أن يتحمل الماء الساكن الخارجي وظيفة الضغط p دون فشل، والغلاف الكروي المقاوم للضغط مطلوب لتلبية شروط عدم فشل القوة وفشل الاستقرار في نفس الوقت، والحد الأقصى لقيمة X التي تلبي المتطلبات في نفس الوقت هي X = min X، X (12) يتم تحديد Xmax لاحقًا، ويمكن الحصول على الحد الأدنى لمتوسط ​​كثافة الغلاف الكروي. من السهل معرفة أن حجم مادة الغلاف الكروية هو Vc=4π(Ro3-Ri3)/3. كتلة الغلاف الكروي mc=ρVc، حيث ρ هي كثافة مادة الغلاف الكروي. حجم الماء الذي يتم تفريغه بواسطة الغلاف الكروي هو Vs=4πRo3/3. ثم متوسط ​​كثافة الغلاف الكروي r هو ρ كثافة المادة، وهو ثابت موجب؛ الحد (1-X3) X∈(0,1) هو دائمًا قيمة موجبة ويتناقص بشكل رتيب. الحد الأدنى لمتوسط ​​كثافة الغلاف الكروي الذي يلبي متطلبات الضغط. لذلك، للحصول على التصميم الأمثل للغلاف الكروي المقاوم للضغط لمكبر الصوت المتجه للاهتزاز المشترك، أولاً، يجب استبدال متطلبات الضغط p وخصائص المادة في الصيغة لحساب Xmax ؛ يمكن أن يؤدي استبدال Xmax في الصيغة إلى الحصول على الحد الأدنى من متوسط ​​كثافة الغلاف الكروي الذي يلبي متطلبات الضغط. بافتراض الكتلة الإجمالية لمستشعر التقاط الاهتزاز ودائرة تكييف الإشارة والهياكل الإضافية الأخرى داخل المضخم الناقل للاهتزاز المشترك، فإن الحد الأدنى لقيمة متوسط ​​كثافة المضخم المائي هو قيمة معينة؛ في حالة تحديد مادة الغلاف الكروية ومتطلبات مقاومة الضغط p أدناه، فهي أيضًا قيمة محددة. بالنسبة للمكبر المائي المتجه، يحدد Ro الحد الأعلى fmax لتردد العمل للمسماع المائي المتجه. يتم تحديد الحد الأعلى لتردد عمل الموجه المائي ويتم تحديد نصف القطر الخارجي Ro للغلاف الكروي للمتجه المائي. ومن ثم يمكن الحصول على الحد الأدنى من متوسط ​​كثافة المضخم المائي، ويمكن الحصول على حساسية سرعة الاهتزاز للموجه المائي. وبالمثل، إذا تم تحديد حساسية سرعة الاهتزاز للهيدروفون المتجه، فيمكن الحصول على متوسط ​​كثافة الهيدروفون وفقًا للمعادلة (3)، ويمكن الحصول على نصف القطر الخارجي للغلاف الكروي للهيدروفون في هذا الوقت، ويمكن الحصول على المتجه الحد الأعلى لتردد عمل الهيدروفون. من خلال الخطوات المذكورة أعلاه، يمكننا العثور على المادة الأكثر ملاءمة والحل الأمثل النظري لمعلمات الحجم مثل نصف القطر الخارجي وسمك الغلاف الكروي المقاوم للضغط. واستنادًا إلى بيانات الحجم الأساسية للغلاف الكروي المقاوم للضغط، يتم تنفيذ التصميم التفصيلي التالي. بعد اكتمال التصميم، يتم استخدام برنامج محاكاة العناصر المحدودة لإجراء تحليل توزيع الضغط وتحليل التواء الغلاف المقاوم للضغط المصمم لضمان عدم تعرض الغلاف لفشل في القوة وفشل في الثبات تحت ضغط التصميم.

 

4 مثال تصميمي لغلاف كروي مقاوم للضغط لمكبر صوت متجه

في الوقت الحاضر، وصل عمق العمل للطائرات الشراعية المحلية السائدة تحت الماء والعوامات الجانبية وغيرها من المنصات غير المأهولة تحت الماء إلى مستوى 2000 متر. من أجل توفير هامش أمان معين، تم ضبط عمق مقاومة الضغط التصميمي للهيدروفون على 3000 متر، أي p=30 ميجاباسكال.

 

4.1 تحسين مواد الغلاف

أولاً، يجب علينا اختيار أفضل مادة معدنية للغلاف الكروي المقاوم للضغط لمكبر الصوت المتجه للاهتزاز المشترك. يسرد الجدول 1 الخواص الميكانيكية للعديد من المواد الهندسية المستخدمة في أعماق البحار مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 304، 316L، وسبائك الألومنيوم 6061T6، و7075T6، وسبائك التيتانيوم TC4، والنحاس H90. قد تكون هناك اختلافات طفيفة في القيم ذات الصلة للمواد). يمكن استخدام استبدال متطلبات الضغط p وخصائص المواد المختلفة الواردة في الجدول 1 في الصيغة للحصول على هذه المواد الهندسية التي تلبي متطلبات القوة لـ Xi، ومتطلبات الاستقرار لـ Xs، وكلاهما Xmax؛ استبدل Xmax الذي تم الحصول عليه في الصيغة، ويمكن الحصول على الحد الأدنى لمتوسط ​​الكثافة الذي يمكن تحقيقه بواسطة غلاف كروي مصنوع من كل مادة تلبي متطلبات الضغط. إذا كانت مادة معينة تلبي متطلبات القوة Xi أقل من متطلبات الاستقرار Xs، فسيتم تحويل المادة إلى كرة تلبي متطلبات القوة. في حالة الصدفة، يكون ثباتها فائضًا؛ وبالمثل، إذا كانت Xi لمادة معينة أكبر من Xs، فعندما يتم تحويل المادة إلى غلاف كروي يلبي متطلبات الاستقرار، تكون قوتها فائضة. كلما كانت قيم Xi وXs أقرب، كلما كانت قوة واستقرار الغلاف الكروي المصنوع من هذه المادة أكثر توازناً. من بين المواد العديدة الموضحة في الجدول 2، Xi من سبائك التيتانيوم TC4 أكبر من Xs، مما يشير إلى أن قوة الغلاف الكروي المصنوع من هذه المادة تكون فائضة عندما تلبي متطلبات الاستقرار. باستثناء TC4، فإن Xi للمواد المتبقية جميعها أصغر من Xs، مما يشير إلى أن ثبات الغلاف الكروي المصنوع من هذه المواد يكون فائضًا عند تلبية متطلبات القوة. من بين المواد الواردة في الجدول 2، فإن Xi وXs لسبائك الألومنيوم 7075T6 وسبائك التيتانيوم TC4 متقاربان نسبيًا، مما يشير إلى أن قوة واستقرار الغلاف الكروي المصنوع من هاتين المادتين متوازنان نسبيًا. يمكن أن نرى من الجدول 2 أنه في ظل فرضية تلبية مقاومة الضغط البالغة 30 ميجا باسكال، من بين العديد من المواد الهندسية شائعة الاستخدام المدرجة في الجدول، فإن متوسط ​​كثافة الغلاف الكروي المصنوع من سبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم TC4 يمكن أن يحقق كثافة قريبة من كثافة الماء أو أقل منها، وهو ما يتوافق مع متطلبات التصميم لمكبر الصوت المتجه الكروي المشترك الاهتزاز. من بينها، تحتوي مادة سبائك التيتانيوم TC4 على أكبر Xmax، أي أنحف غلاف كروي مقاوم للضغط مصنوع من هذه المادة. يمكن للقشرة الكروية المقاومة للضغط المصنوعة من مادة 7075T6 أن تحقق أصغر متوسط ​​كثافة، مما يترك أكبر هامش كتلة للهياكل الداخلية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع سبائك الألومنيوم بمزايا أكبر من سبائك التيتانيوم TC4 من حيث تكلفة المواد وتكلفة المعالجة. ولذلك، فإن سبائك الألومنيوم هي أفضل مادة لصنع أغلفة كروية مقاومة للضغط من الهيدروفونات.

 

4.2 تصميم حجم الغلاف الكروي المقاوم للضغط

يتم اختيار مادة سبائك الألومنيوم لصنع غلاف كروي هيدروفوني بمقاومة ضغط تبلغ 30 ميجا باسكال، والحد الأدنى لمتوسط ​​كثافة الغلاف الكروي الذي يلبي متطلبات الضغط هو 0.64×103 كجم/م3، وX=0.9177 في هذا الوقت. إذا كانت حساسية سرعة اهتزاز ناقل الهيدروفون |v/v0| يُسمح بـ 0.8، ويجب تصميم التصميم الفعلي للغلاف الكروي للهيدروفون إلى نصفين لتسهيل تركيب المكونات الداخلية. من المفترض أن يتم تجميع القشرتين النصف كرويتين للهيدروفون. الكتلة الإضافية للهيدروفون المقاس، ومقياس التسارع، وقوس التثبيت، ودائرة تكييف الإشارة، وغرفة الاختراق المقاومة للماء المستخدمة في الهيدروفون الفعلي لها مجموع كتلة قدره 99.5 جم، وبالتالي فإن مجموع الكتلة الإضافية me = 149.5 جم. يتم الحصول على نصف القطر الخارجي Ro = 36.48 مم للغلاف الكروي للهيدروفون. X=Ri/Ro=0.9177، نصف القطر الداخلي للغلاف الكروي Ri=33.48 مم، سمك الغلاف الكروي=3.00 مم، لتسهيل الحساب والرسم والمعالجة، يتم تقريب نصف القطر الداخلي للغلاف الكروي Ri إلى 33 مم، ونصف القطر الخارجي Ro هو 36 مم.

 

4.3 التحقق من أداء تحمل الجهد

بعد الحصول على بيانات حجم الغلاف الكروي المقاوم للضغط، من أجل التأكد من قدرته على تلبية متطلبات مقاومة الضغط، يتم فحص أداء مقاومة الضغط، ويتم النظر بشكل أساسي في حالتي فشل القوة وفشل الاستقرار.

 

4.3.1 فشل القوة

يمكن أن نرى من الجدول 1 أن الضغط المسموح به لسبائك الألومنيوم المستخدمة للغلاف الكروي هو 190 ميجا باسكال، والذي يتم دمجه مع معلمات حجم الغلاف الكروي للحصول على فشل القوة، والضغط المسموح به للغلاف الكروي هو 30.4 ميجا باسكال، وهو أكبر من 30 ميجا باسكال، وهو ما يلبي متطلبات الضغط.

 

4.3.2 فشل الاستقرار

نسبة بواسون لسبائك الألومنيوم μ=0.33، ومعامل يونغ E=7.2×1010 Pa، ونظام الثبات m=14.52. باستبدال بيانات المادة وحجم الغلاف الكروي في المعادلتين (8) و(9)، يتم حساب ضغط عدم الاستقرار المحيطي الحرج pcr=611.6 ميجا باسكال، ويكون ضغط عدم الاستقرار المحيطي المسموح به 42.1 ميجا باسكال، وهو أكبر من 30 ميجا باسكال، وهو ما يلبي متطلبات الضغط. يمكن ملاحظة أن الغلاف الكروي المقاوم للضغط للمكبر المائي المتجه يمكنه تحمل الضغط الهيدروستاتيكي الخارجي البالغ 30 ميجا باسكال. والضغط المسموح به لعدم الاستقرار المحيطي أكبر من الضغط المسموح به لفشل القوة. إذا استمر الضغط في الزيادة خارج الغلاف الكروي، فإن تأثير القوة سيحدث أولاً.

 

4.4 التصميم الهندسي لقذيفة الضغط المائي المتجه

بعد تحديد البيانات الأساسية مثل المادة ونصف القطر الخارجي وسمك الغلاف الكروي المقاوم للضغط لمكبر الصوت المتجه، يمكن تنفيذ التصميم التفصيلي لقذيفة الموجه المائي. تستخدم هذه الورقة برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد لتنفيذ التصميم المساعد لمكبر صوت ناقل الاهتزاز المشترك الكروي ذو العمق الكبير. يظهر الشكل 1 عرض المقطع العرضي لهيكل مكبر الصوت المتجه.