Тэхналагічныя інавацыі ў распрацоўцы падводных акустычных пераўтваральнікаў (1)

Тэхналагічныя інавацыі ў распрацоўцы падводных акустычных пераўтваральнікаў

 

 

70,8% плошчы зямной паверхні займае акіян. Вялізны акіян з'яўляецца самай вялікай скарбніцай рэсурсаў на зямлі, і акіян таксама з'яўляецца важнай пазіцыяй для міжнароднай ваеннай барацьбы. Даследаванне, развіццё і выкарыстанне акіяна неаддзельныя ад гукавых хваль. Гукавыя хвалі - адзіны носьбіт інфармацыі, які можа перамяшчацца на вялікія адлегласці ў акіяне. Разведка і распрацоўка марскіх рэсурсаў, пераўтваральнік падводнай сувязі і навігацыя караблёў, выяўленне і распазнаванне падводных мэтаў, маніторынг навакольнага асяроддзя і прагназаванне стыхійных бедстваў і г.д. - усё гэта залежыць ад падводнай акустычнай тэхналогіі. Развіццё падводных акустычных тэхналогій патрабуе падтрымкі ўсіх відаў падводных акустычных пераўтваральнікаў. Задача падводных акустычных пераўтваральнікаў - перадаваць і прымаць гукавыя хвалі пад вадой, таму іх называюць «вочы і вушы падводнага акустычнага абсталявання», якія можна назваць падводнымі акустычнымі пераўтваральнікамі. Нараджэнне 'Н' азначае пачатак развіцця гідраакустычнай тэхналогіі. Тэхнічны прагрэс гідраакустычных пераўтваральнікаў з'яўляецца важнай перадумовай і асновай для хуткага развіцця гідраакустычнай тэхналогіі (1)

 

The падводны акустычны пераўтваральнік - гэта не проста ізаляваная тэма, а шматпрофільная тэхнічная вобласць. Цесна звязаныя прадметы ў асноўным уключаюць: фізіку, матэрыялазнаўства, матэматыку, механіку, электроніку, хімію, механіку і г.д., таму падводная акустыка Нягледзячы на ​​тое, што пераўтваральнік мае толькі больш чым стогадовую гісторыю распрацоўкі, цяпер ён стаў яркай прадметнай сферай. Тэрміновая патрэба ў галіне гідраакустычных тэхналогій з'яўляецца непасрэднай рухаючай сілай для распрацоўкі гідраакустычных пераўтваральнікаў, а распрацоўка функцыянальных матэрыялаў і тэхнічны прагрэс з'яўляюцца найважнейшай матэрыяльнай асновай для распрацоўкі гідраакустычных пераўтваральнікаў. На працягу ўсёй гісторыі развіцця гідраакустычных пераўтваральнікаў, для таго, каб у найбольшай ступені адпавядаць пастаянна растучым тэхнічным патрабаванням у галіне гідраакустыкі, адпаведныя функцыянальныя матэрыялы пастаянна абнаўляюцца. Людзі правялі спецыяльныя прыкладныя даследаванні характарыстык розных функцыянальных матэрыялаў і распрацавалі новыя тэхналогіі і новыя структуры, якія палепшылі і палепшылі комплексныя тэхнічныя характарыстыкі пераўтваральніка, што дазволіла атрымаць бясконцы паток інавацыйных вынікаў даследаванняў пераўтваральніка. Аўтар выбірае некаторыя тыповыя прыклады даследаванняў пускавых пераўтваральнікаў, аналізуе і абагульняе наватарскія ідэі гэтых даследчых работ з розных бакоў і спадзяецца даць маладым навукоўцам пэўныя рэкамендацыі і прасвятленне, а таксама актыўна даследаваць глыбокія аспекты класічных даследчых работ.

 

1. Тэхнічныя інавацыі падводнага акустычнага пераўтваральніка на аснове функцыянальных матэрыялаў

 

У 1915 г. Поль Ланжэвен з Францыі і іншыя выкарысталі кандэнсатарны перадатчык і прыёмнік часціц вугляроду для правядзення падводных акустычных эксперыментаў. Гэтыя дзве перадаючая і прыёмная прылады павінны быць прымітыўнымі падводнымі акустычнымі пераўтваральнікамі; 1917 ~ 1918 Ланжэвен Жыван распрацаваў і ўдасканаліў кварцавы пераўтваральнік. Яго вібратар складаецца з некалькіх п'езаэлектрычных кварцавых пласцін, заціснутых паміж двума тоўстымі сталёвымі пласцінамі. Гэтая структура называецца пераўтваральнікам Langzhiwan. Паколькі прыродны кварц не можа задаволіць пастаянна расце попыт, было выяўлена, што вадараспушчальны сінтэтычны п'езаэлектрычны крышталічны соль Рашэля мае больш моцны п'езаэлектрычны эфект, чым кварц, але праблема яго стабільнасці абмяжоўвае сферу прымянення, а п'езаэлектрычнасць крыху ніжэйшая. Крышталі дыгідрафасфату амонія (АДФ) дзякуючы сваім адносна стабільным уласцівасцям шырока выкарыстоўваліся ў Другой сусветнай вайне. У 1920 годзе магнітастрыкцыйны эфект быў ужыты ў падводных акустычных пераўтваральніках; у 1925 годзе распрацаваны і ўжыты нікелевыя магнітастрыкцыйныя пераўтваральнікі; у 1931 г. паглыбленае вывучэнне тонкіх нікелевых лістоў прывяло да хуткага развіцця магнітастрыкцыйных пераўтваральнікаў. І паступова замяніў п'езаэлектрычныя крышталічныя пераўтваральнікі; у 1944 годзе было выяўлена, што кераміка з тытаната барыю мае моцную п'езаэлектрычнасць пасля палярызацыі, і яе страты значна меншыя, чым у магнітастрыкцыйных матэрыялаў. Пазней тытанат барыю п'езаэлектрычныя керамічныя пераўтваральнікі Ён хутка развіваўся; Палярызаваная кераміка з тытаната цырканату свінцу (PZT), адкрытая ў 1954 годзе, мае больш моцную п'езаэлектрычнасць. Да гэтага часу п'езаэлектрычная кераміка PZT па-ранейшаму з'яўляецца асноўным функцыянальным матэрыялам падводных акустычных пераўтваральнікаў.

 

У 1970-х гадах доктар Кларк А.Э. у Злучаных Штатах распрацаваў рэдказямельны гіганцкі магнітастрыкцыйны трайны сплаў Terfenol-D. З 1990-х гадоў адзін за адным адкрываліся рэлаксацыйныя сегнетоэлектрычныя монакрышталічныя матэрыялы PZN-PT і PMN з электрычнымі ўласцівасцямі высокага напружання і высокай шчыльнасцю энергіі -PT, і былі зроблены новыя прарывы ​​ў даследаванні прымянення гэтых трох матэрыялаў. Гэты раздзел будзе прысвечаны вынікам даследаванняў гэтых новых пераўтваральнікаў функцыянальных матэрыялаў.

 

⒈Новае пакаленне магнітастрыкцыйных матэрыялаў і іх пераўтваральнікаў

Новае пакаленне магнітастрыкцыйных матэрыялаў уключае рэдказямельныя сплавы і матэрыялы са сплаваў рэдкіх металаў. Гіганцкі магнітастрыкцыйны эфект рэдказямельных сплаваў быў упершыню выяўлены ва ўмовах нізкіх тэмператур. Найбольшая магнітастрыкцыйная дэфармацыя матэрыялу Tb0.6Dy0.4 пры 77K складае 0,65%, а самая высокая магнітастрыкцыйная дэфармацыя Terfenol-D пры пакаёвай тэмпературы складае 0,25%. Ёсць дакументы, якія паказваюць, што быў распрацаваны магнітастрыкцыйны двухпоршневы падоўжны пераўтваральнік, які кіруецца звышправоднай шпулькай. Магнітастрыкцыйны стрыжань з рэдказямельнага (тэрбій-дыспрозіевага) сплаву змяшчаецца ў памяшканне для кандыцыянавання паветра (тэмпература 50-60 К), а градзірня цыркулюе і астуджаецца градзірняй халадзільніка. У пакоі шпулька са звышправоднага матэрыялу забяспечвае магнітнае поле зрушэння пастаяннага току і магнітнае поле ўзбуджэння для ўзбуджэння магнітастрыкцыйнага стрыжня для стварэння вібрацыі расцяжкі і перадачы яе на выпраменьвальную паверхню поршневага тыпу праз механічную пераходную частку. Выпраменьвальная паверхня поршневага тыпу штурхае вадзяное асяроддзе, ствараючы хвалі ціску для выпраменьвання. Для ізаляцыі цеплаправоднасці ў канструкцыі ўбудавана вакуумная камера. Знешняя сценка вакуумнай камеры ўяўляе сабой купалападобную стойкую да ціску вечка, якая вытрымлівае ціск 10 атмасфер. Асноўныя тэхнічныя параметры наступныя: рэзанансная частата 430 Гц, максімальны ўзровень крыніцы гуку 181,4 дБ, ККД каля 25%. гэта падводны гідрафонны пераўтваральнік ўскладняе працэс вырабу з мэтай атрымання нізкатэмпературных умоў працы. У апошнія гады людзі ахвотна выкарыстоўваюць матэрыял Terfenol-D, які працуе пры пакаёвай тэмпературы, каб спрасціць вытворчы працэс, адначасова дасягаючы выдатных радыяцыйных характарыстык з новай структурай.

 

Гэта васьмікутны пераўтваральнік перадатчыка з прывадам Terfenol-D, выраблены Батлерам у 1980 годзе. 16 рэдказямельных стрыжняў размешчаны ў два пласта, і 8 рэдказямельных стрыжняў у кожным пласце злучаны ў васьмікутнік праз клінаваты пераходны блок і ўтвараюць замкнёную магнітную ланцуг, пераходны блок злучаны з выпраменьвальнай паверхняй часткі цыліндра (блізка да 45° цэнтральнага). вугал), а рэдказямельны стрыжань папярэдне напружваецца праз высокатрывалыя дроты паміж пераходнымі блокамі. Унутранае папярэдняе напружанне рэдказямельнага стрыжня складае каля 13,8 МПа, а рэзанансная частата пераўтваральніка ў вадзе. Пры 775 Гц параўноўваліся нелінейнае кіраванне ва ўмовах магнітнага поля зрушэння пастаяннага току і ўмовы бесстаронняга поля, а ўзровень крыніцы гуку 189,8 дБ ва ўмовах магнітнага поля зрушэння пастаяннага току і 196,2 дБ ва ўмовах нелінейнага зрушэння пастаяннага току былі рэалізаваны адпаведна.