تقدم البحث وفرص التطوير لتكنولوجيا محولات الطاقة الصوتية تحت الماء (2

 التقدم البحثي لمحولات المياه العميقة

 

إن الفضاء في أعماق البحار هو المرتفعات المسيطرة الجديدة للمنافسة العسكرية البحرية الحالية. أحد الأهداف الاستراتيجية البحرية لبلادي هو التحرك نحو اللون الأزرق العميق. إن تطوير المعدات الصوتية في أعماق البحار يعزز الاختراقات المستمرة في أبحاث محولات الطاقة في المياه العميقة. من بين محولات الطاقة ذات التردد المنخفض المقدمة في القسم 1.1 من هذه المقالة، يعد محول الطاقة القرصي المنحني ومحول الطاقة الدائري ذو العارضة الأنبوبية مع هيكل تجويف الفائض أيضًا أمثلة تصميمية لمحولات الطاقة في المياه العميقة. لن أكررها هنا، ولكني سأقدم بعضًا منها النموذجية. نتائج البحث الجديدة لمحولات الطاقة في المياه العميقة.

 

ويبين الشكل 7 أ اثنين من هيلمهولتز الرئيسيين هياكل محولات الطاقة الصوتية تحت الماء باستخدام الإثارة النهائية والإثارة المتوسطة. تم إجراء دراسة نظرية لتردد الرنين لتجويف السائل تحت ظروف الجدار المرن. يوضح الشكل 7 ب محول النطاق العريض ذو التردد المنخفض متعدد التجاويف المصمم باستخدام محول أنبوب الفائض كمصدر للإثارة. محول طاقة Janus-Helmholtz منخفض التردد وعالي الطاقة المصمم في الشكل 7 ج؛ ومن خلال تمديد أسطوانة التجويف لمحول الطاقة يانوس هيلمهولتز باتجاه مقدمة إشعاع المكبس، يتم تشكيل تجويف سائل جديد عند فم مشعاع يانوس. يمكّن محول الطاقة Janus-Helmholtz متعدد التجاويف (الشكل 7 د) محول الطاقة من الحصول على نطاق تردد عمل أوسع. يوضح الشكل 7e محول الطاقة ذو الحلقة الفائضة في المياه العميقة المصمم للاتصالات الصوتية تحت الماء. يستخدم التصميم تأثير اقتران رنين تجويف السائل والاهتزاز الشعاعي للحلقة الدائرية لتحقيق خصائص تشغيل النطاق العريض. يوضح الشكل 7f اتجاهية نصف المساحة المصممة لمحول الطاقة ذو النطاق العريض في المياه العميقة لحلقة الفائض. يتم استخدام القاعدة المعدنية لتحسين الاتجاه الرأسي لمحول الطاقة وقمع الإشعاع الخلفي. محول الطاقة الطولي عريض النطاق في المياه العميقة المصمم في الشكل 7ز. يستخدم محول الطاقة اقتران الاهتزاز الطولي واهتزاز ثني الغطاء الأمامي لتحقيق تشغيل النطاق العريض. يتم تغليف محول الطاقة في غلاف مقاوم للضغط مصنوع من سبائك التيتانيوم، ويتم تعبئة الغلاف ومحول الطاقة بزيت السيليكون. , من خلال جهاز توازن الضغط لتحقيق العمل في المياه العميقة.

 

الشكل 7: محول المياه العميقة

1.4 التقدم البحثي في ​​مجال الموجهات المائية

مع اهتمام الناس العميق بالمعلومات المتجهة للمجال الصوتي وأهمية ذلك أبحاث الموجهات المائية ، تستمر تكنولوجيا الموجهات المائية في التطور وأصبحت واحدة من نقاط البحث الدولية الساخنة في السنوات الأخيرة. في القرن الحادي والعشرين، تعد أبحاث تطبيقات الموجات المائية الموجهة في بلدي هي الأكثر نشاطًا. ووفقاً للنتائج الإحصائية في نهاية عام 2014، فإن ما يقرب من نصف الإنجازات الأكاديمية في مجال الهيدروفونات الموجهة الدولية وتطبيقاتها جاءت من بلدي. فيما يلي مقدمة موجزة عن التقدم البحثي الأخير في مجال الهيدروفونات الموجهة.

 

الهيكل النموذجي للهيدروفون المتجه هو الوضع المشترك. يتم تصنيع مكبر الصوت المتجه ذي الوضع المشترك عن طريق تغليف العناصر الحساسة بالقصور الذاتي (مقاييس تسارع الاهتزاز، ومقاييس السرعة، وما إلى ذلك) في غلاف كروي أو أسطواني. يعتمد مبدأ عملها على خصائص الكرة الصلبة أو الأسطوانة التي تقوم بحركة متأرجحة تحت تأثير مجال الصوت، وهي مصممة بشكل عام بحيث تكون طفو صفر (الشكل 8 أ). النظرية والتكنولوجيا في هذا المجال ناضجة نسبيا. في الوقت الحاضر، يتم استخدام أنواع جديدة من المواد البلورية الأحادية الكهرضغطية PMNT وPZNT لتقليل حجم المضخم المائي وزيادة الحساسية وتقليل الضوضاء الذاتية. تُستخدم السماعات المائية المتجهة بشكل أساسي في المصفوفات القائمة على الشاطئ، والمصفوفات المسحوبة، والمصفوفات الجانبية. تُستخدم أيضًا الهيدروفونات الموجهة منخفضة التردد في قياس ضوضاء البيئة البحرية والأنظمة الغاطسة/العوامات وغيرها من الأنظمة.

الشكل 8: ناقل مائي

الشكل 8 ب عبارة عن مكبر صوت متجه لعمود اهتزاز مشترك يمكن تثبيته بشكل ثابت. مبدأها الأساسي لم يتغير. في الهيكل، يتم استبدال إطار التعليق بقضيب تثبيت، ويتم تغيير زنبرك التعليق إلى زنبرك مطاطي. يمكن توسيع سيناريو تطبيق هذه البنية ليشمل التثبيت الثابت على حامل النظام الأساسي.

 

مع تطور تكنولوجيا المعالجة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، تم تطبيق تكنولوجيا MEMS على تصميم وتطوير السماعات المائية المتجهة. يمكن لتقنية MEMS دمج المكونات الإلكترونية الدقيقة مثل الوحدات الحساسة ودوائر التحكم ودوائر المطابقة منخفضة الضوضاء ووحدات أخذ العينات قبل المعالجة. في إحداها، يتم تحويل الإشارة الصوتية إلى إشارة كهربائية. وضع العمل النموذجي هو استخدام مستشعر التسارع الجزئي كعنصر حساس (الشكل 8ج)، واستخدام مبدأ التأثير التجويف للسيليكون البلوري الواحد لتصميم شريحة حساسة، وتطوير هيدروفون ناقل MEMS مركب أسطواني ثلاثي الأبعاد ذو اهتزاز مشترك. يعتمد وضع عمل آخر على مبدأ الإلكترونيات الإلكترونية، حيث يقلد مبدأ خلايا الاستشعار الميكانيكية الجانبية للأسماك لاستشعار حركة الماء، وقد صمم هيدروفون ناقل مقاوم للضغط MEMS (الشكل 8 د).

 

يعد هيدروفون الألياف الضوئية أحد التطبيقات الناجحة لتقنية استشعار الألياف الضوئية في مجال الصوتيات تحت الماء. يُظهر الخصائص التقنية للحساسية العالية والضوضاء المنخفضة والمدى الديناميكي الكبير ومقاومة التداخل. في السنوات الأخيرة، تم استخدامه أيضًا على نطاق واسع في الهيدروفونات المتجهة. قام الباحثون بتصميم وتطوير هيدروفون ناقل من الألياف الضوئية. الشكل 8e عبارة عن مكبر صوت أسطواني ثلاثي الأبعاد من الألياف الضوئية. استنادًا إلى شبكة Bragg، تم تصميم وحدة استشعار التسارع ووحدة استشعار ضغط الصوت، كما تم تطوير هيدروفون متجه لسرعة الضغط والاهتزاز. الشكل 8f عبارة عن هيدروفون متجه من الألياف الكروية ثلاثي الأبعاد. استنادًا إلى نظام تداخل الألياف الكامل الذي يحافظ على الاستقطاب، تم تطوير مكبر صوت ناقل للألياف مغزلي متعامد ثلاثي الأبعاد، والذي يتميز بهيكل مدمج ويتزامن مركز الصوت عند نقطة واحدة.

 

التقدم البحثي لمحولات الطاقة منخفضة التردد، ومحولات الطاقة ذات النطاق العريض عالية التردد، محولات الطاقة في المياه العميقة ، والهيدروفونات الناقلة. على الرغم من أن البيانات التي تم جمعها ليست شاملة، إلا أنها نموذجية وممثلة تمامًا. إنه يصور بشكل أساسي الخطوط العريضة لتطور محولات الطاقة الصوتية تحت الماء في بلدي. بالمقارنة مع أعمال الابتكار المميزة على محولات الطاقة في فترات مختلفة من العالم، فإن جزءًا كبيرًا من أعمال التصميم المبتكر في بلدي متأخر بعدة سنوات أو حتى أكثر من عشر سنوات عن مستوى التكنولوجيا المتطورة الدولية.

 

إن الدافع الأكبر لتطوير محولات الطاقة الصوتية المائية في بلدي يأتي من متطلبات التطبيق في مجال التكنولوجيا الصوتية المائية. في الفترة التي تكون فيها القوة الاقتصادية والقوة العلمية والتكنولوجية لبلدي ضعيفة نسبيا، فإن أسلوب التنمية هذا هو الأكثر فعالية، ولكن بعد فترة طويلة من الزمن، ستكون هناك آثار تاريخية واضحة، مما يؤدي إلى تخصصات غير منهجية، وسلسلة منتجات غير مكتملة، وأسس نظرية. حالة التكنولوجيا المتخصصة غير الموثوقة وغير الكاملة، والدعم المهني غير المستدام، وفريق المواهب غير المستقر.

 

وفيما يتعلق بتكنولوجيا محولات الطاقة في المياه العميقة، فقد امتلكت بعض الدول البحرية الكبرى بالفعل العديد من التقنيات وسلسلة المنتجات الناضجة في القرن العشرين. ويمكن أيضًا تصدير بعض المعدات الصوتية المدنية لأعماق البحار إلى بلدي. ومع ذلك، فإن الطلب على تكنولوجيا السونار في أعماق البحار في بلدي لم يكن قويا حتى نهاية القرن العشرين. كانت تكنولوجيا محولات الطاقة في المياه العميقة في حالة فارغة تقريبًا في ذلك الوقت. وفي السنوات الأخيرة، زادت البلاد من استثماراتها واهتمت بأبحاث النظريات الأساسية والأجهزة الأساسية الأساسية. وقد ظهرت إنجازات جديدة في مجال محولات الطاقة الصوتية تحت الماء، وتم تحسين القدرات التقنية عامًا بعد عام، وكان التقدم التكنولوجي ملحوظًا. تتم مزامنة بعض نتائج الأبحاث المذكورة في المقالة السابقة مع المستوى الحدودي الدولي، لكن المزامنة الشاملة وزخم التطوير الموازي الشامل بعيد عن التشكل، خاصة في اتجاهات تكنولوجيا محولات الطاقة القصيرة والضعيفة تاريخيًا والإنجازات التكنولوجية الجديدة. إنه أمر نادر الحدوث، وأداء المنتج لا يزال ضعيفًا جدًا.