كيف يعمل السونار ؟

يعد السونار من المعدات البحرية المهمة جدًا، وقد حظي باهتمام كبير من كافة الدول مع استخدام الأسلحة تحت الماء مثل الغواصات. هنا، نحن لا نناقش جهازًا محددًا، ولا نشمل الكثير من المفاهيم الرياضية. وبدلاً من ذلك، نبدأ بمبدأ فيزيائي بسيط ونقدم مقدمة مختصرة عن جهاز السونار تحت الماء.

ينقسم السونار الحالي بشكل أساسي إلى فئتين، السونار النشط والسونار السلبي. عمل السونار النشط يشبه عمل الرادار، أو أشبه بالخفاش، بعد استقبال موجة صوتية، يتلقى السيراميك الكهرضغطي إشارة منعكسة. وبما أن المبدأ مشابه، فالسؤال يأتي، لماذا لا ننقل الرادار مباشرة إلى الماء؟ بكل بساطة، الموجات الكهرومغناطيسية المعتمدة على الرادار تكون ضعيفة للغاية تحت الماء، وهي ببساطة غير كافية للكشف بعيد المدى. تتولد الموجة الصوتية عن طريق اهتزاز الجسم، وتكون المسافة المقطوعة في الماء بعيدة جدًا. ويمكن سماع دوي انفجار ضخم في الماء في أماكن تبعد آلاف الكيلومترات.

هناك نوعان رئيسيان من هذا القبيل مكونات أنابيب السيراميك بيزو . يمكن استخدام المجال المغناطيسي أو المجال الكهربائي لتشويه الجسم. نركز هنا على مبدأ استخدام المجال الكهربائي للتحكم في تشوه واهتزاز الجسم، وهما التأثير الكهرضغطي العكسي والتأثير الكهرضغطي.

ثم التأثير الكهروضغطي العكسي لـ المواد الأنبوبية ذات الأسطوانة الانضغاطية هي مجال كهربائي للتحكم في تشوه الجسم. عندما يتم توصيل الأسلاك بالأطراف العلوية والسفلية للجسم الكهرضغطي ويتم تطبيق جهد كهربائي، يتم تمديد الجسم أو تقصيره في اتجاه المجال الكهربائي. إذا كانت سرعة تحميل المجال الكهربائي تتزايد، أي زيادة التردد، فيمكن تسريع تشوه الجسم لتوليد الاهتزاز وإصدار موجات صوتية. ومع المعدات الداعمة الأخرى، يصبح مصدر الصوت للسونار النشط.

ثم التأثير الكهرضغطي العكسي هو المجال الكهربائي للتحكم في تشوه الجسم. عندما يتم توصيل الأسلاك بالأطراف العلوية والسفلية للجسم الكهرضغطي ويتم تطبيق جهد كهربائي، يتم تمديد الجسم أو تقصيره في اتجاه المجال الكهربائي. إذا كانت سرعة تحميل المجال الكهربائي تتزايد، أي أن التردد يتزايد، فيمكن تسريع تشوه الجسم لتوليد الاهتزاز وإصدار موجات صوتية. ومع المعدات الداعمة الأخرى، يصبح مصدر الصوت للسونار النشط.

في التركيب البلوري لتيتانات الباريوم أو PZT، تتطابق المواضع المركزية للشحنات الموجبة والسالبة، ويتم إنشاء ثنائي القطب عندما لا تتزامن درجة حرارة الشحنات الموجبة والسالبة بعد انخفاض درجة الحرارة إلى قيمة معينة. هذه الظاهرة ثنائية القطب تؤدي إلى الاستقطاب التلقائي. في الجسم الخزفي، تولد المناطق التي لها نفس اتجاه الاستقطاب التلقائي مجالات مرة أخرى، ويتم قلب المجالات تحت مجال كهربائي خارجي للحفاظ على نفس اتجاه المجال الكهربائي. خلال هذه الفترة، إذا كانت زاوية توجيه المجال ليست 180 درجة، فإن هذا الدوران سيؤدي إلى تغيير في شكل محول الطاقة الأنبوبي الخزفي الكهروضغطي pzt4، أي الضغط تحت مجال كهربائي كبير. إذا كان مجالًا كهربائيًا متناوبًا، فسيحدث التباطؤ في دورة التحميل. لذلك، في التطبيقات العملية، يكون المجال الكهربائي الكبير مستقطبًا مسبقًا، ويتم توجيه المجالات في اتجاه واحد. وبعد ذلك، لا ينبغي تغيير اتجاه المجال الكهربائي قدر الإمكان لتجنب التباطؤ وزوال الاستقطاب. وبطبيعة الحال، يتم استبعاد بعض أجهزة التخزين الإلكترونية. بعد حل مشكلة توليد الموجات الصوتية واستقبال الموجات الصوتية، ومن أجل تحسين الأداء، تكون وحدات السونار بشكل عام على شكل مصفوفة، يتم مطابقتها مع الأجهزة الأخرى مثل محولات الطور وما شابه ذلك. تنفيذ مسح لمنطقة معينة. غالبًا ما تكون المصفوفات الكبيرة كروية أو على شكل عمود، وتكون كبيرة جدًا بحيث يتم إفساح المجال لأنابيب الطوربيد الخاصة بالغواصة. غالبًا ما تشكل السفينة الحربية أو الجزء الخلفي من الغواصة نقطة عمياء بسبب نظام الدفع، لذلك يكون السونار المسحوب بعيدًا عن منطقة الضوضاء في المؤخرة.