Razvoj podvodnog akustičnog pretvarača u primjeni podvodne detekcije

The podvodni akustični pretvarač glavni je alat koji koristi zvučne valove za otkrivanje, identifikaciju i lociranje podvodnih ciljeva ili za komunikaciju i slanje izvješća pod vodom. Pretvornik koji se koristi za emitiranje zvučnih valova naziva se odašiljač. Kada je pretvarač u stanju emitiranja, on pretvara električnu energiju u mehaničku energiju, a zatim u akustičnu energiju. Trenutačno konvencionalni elementi niza pretvornika dizajnirani s piezoelektričnim materijalima, posebno niskofrekventni pretvornici, imaju veliki volumen i težinu zbog svojih strukturnih karakteristika, koje ne samo da povećavaju troškove proizvodnje, upotrebe i održavanja, već također predlažu posebne značajke za platformu. Zahtijeva i ograničava opseg i oblik formacije, čime se ograničavaju taktika i tehnički pokazatelji. Kako riješiti problem veličine i oblika akustičnog niza, kako objediniti strukturni dizajn niskofrekventnih i visokofrekventnih sonarnih nizova, i na temelju nove strukture elemenata niza, kombiniranjem konformnih nizova velikih razmjera za poboljšanje zvuka. Različiti tehnički pokazatelji Naji niza nedvojbeno su hitna potreba da se dade prednost borbenim performansama platforme i podvodnog oružja te poboljšati podvodne borbene sposobnosti naše vojske.

 

1 Novi tip piezoelektričnog kompozitnog pretvarača

Slika 3.1 Element niza i pogled na poprečni presjek piezoelektričnog kompozitnog pretvarača mjesečevog pupoljka

Slika 3.2 Element niza i pogled na presjek sonde činele

Tip mjesečevog pupoljka piezoelektrični podvodni akustični pretvornik (Slika 3.1) i piezoelektrični kompozitni pretvornik tipa činele (Slika 3.2) najreprezentativniji su flekstenzioni pretvornici na koje se trenutno fokusira u inozemstvu. Piezoelektrični kompozitni pretvarači ovih dviju struktura nazvani su po obliku svojih metalnih završnih kapa. Šupljina metalne završne kapice strukture mjesečevog pupoljka je tipa mjesečevog pupoljka, dok je šupljina metalne završne kapice strukture činele tipa činele, a šupljina je zraka. Svi su izrađeni od kompozita metala i piezoelektrične keramike. Metalno-piezoelektrični keramički kompozitni materijali kombiniraju se s piezoelektričnom keramikom kroz metale u obliku ploče, školjke i kape kako bi se promijenila raspodjela naprezanja unutar keramike, čime se poboljšavaju performanse piezoelektričnih materijala. Njegove glavne karakteristike su jednostavan dizajn, laka obrada i niska cijena. Piezoelektrični kompozitni pretvarač mjesečeve pupoljke i piezoelektrični kompozitni pretvarač činele pokazuju dobre piezoelektrične performanse. Ova struktura mijenja distribuciju naprezanja keramičkog sučelja kroz pretvorbu naprezanja između metala u obliku kape i keramičkog sučelja, i čini kompozitni materijal. Uzdužna piezoelektrična izvedba i poprečna piezoelektrična izvedba proizvode aditivni učinak, čime se uvelike poboljšava izvedba piezoelektričnog spajanja dh materijala. Među njima, dh kompozitnog materijala sa strukturom mjesečevog pupoljka je 10-20 puta veći od onog kod piezoelektrične keramike. Struktura poklopca može biti 30-40 puta veća od piezoelektrične keramike. Usporedba performansi metal-piezoelektričnih keramičkih kompozita i piezoelektrične keramike u obliku mjesečeve pupoljke i kape prikazana je u tablici 3.1.

 

2 pretvarač činele

Slika 4.1 Pogled u presjeku osnovne strukture elementa niza pretvarača činele

Slika 4.2 Radijalni pomak keramičkog čipa elementa niza činela transformira se u pomak u smjeru debljine metalne kapice

Struktura elementa niza: Osnovna struktura elementa niza prikazana je na slici 4.1. Nastaje spajanjem dva komada metalnog lima utisnutog u obliku činele i piezoelektrične keramičke ploče. Materijal metalnog lima može biti legura titana, mesing, legirani čelik, itd. Upotreba legure titana kao materijala metalnog lima može povećati otpornost elementa činele na pritisak vode. Za promjer elementa dp=10mm, podvodni akustični pretvarač činele može izdržati pritisak na dubini od 600 metara. Međutim, materijali od legure titana skuplji su od materijala od mesinga i legiranog čelika. Stoga su materijali od legura titana relativno ograničeni kada se ne uzme u obzir dubina vode. U usporedbi s materijalima od legiranog čelika, mesingani elementi niza činela imaju bolja piezoelektrična svojstva kada se istovremeno primjenjuju na elemente niza činela. Materijali piezoelektrične keramike također uglavnom uključuju PZT-4, PZT-8 i PZT-5. Kada se pretvarači činele koriste kao prijenosni pretvarači, PZT-4 i PZT-8 piezoelektrična keramika obično se koriste kao prijamni pretvarači. Kada se koristi, obično se koristi PZT-5 piezoelektrična keramika. Princip rada: Kada se napon primijeni na dva pola elementa niza činela, piezoelektrična keramika će proizvesti uzdužne i bočne vibracije. Uzdužna vibracija piezoelektrične keramike čini da dvije metalne ploče elementa niza izravno proizvode uzdužni pomak; Bočni pomak uzrokuje sabijanje ili širenje metalnog lima u radijalnom smjeru. Zbog posebnog oblika činele, to također uzrokuje uzdužni pomak vrha metalnog lima, kao što je prikazano na slici 4.2. Uzdužni i radijalni pomak piezoelektrične keramike uzrokovat će uzdužni pomak metalne završne kapice, a rezultat superpozicije dvaju pomaka je pomak metalne završne kapice, što rezultira povećanjem pomaka metalne završne kapice.

 

3 Karakteristike i mogućnosti primjene činele piezoelektrični podvodni akustični pretvarač

3.1 Značajke piezoelektričnog pretvarača činele

1) Element niza je male veličine, visokog statičkog tlaka i piezoelektričnog koeficijenta, lako se može uskladiti s vodenim medijem i ima vrlo veliku propusnost; među njima, dizajn elementa konkavnog niza i poseban dizajn hidrostatske ravnoteže koriste se za probijanje granice radne dubine osnovnog niza.

2) Osigurati vrstu sveobuhvatno primjenjivih akustičnih senzora i nizova za podvodne platforme i podvodno oružje. Ova vrsta akustičnog niza male je veličine, male težine i ima širok raspon primjena. Zahtjev.

3) Zbog malih i laganih karakteristika novog niza činela, može se sastaviti u velikoj mjeri.

4) Koristite teoriju dizajna elemenata niza činela i poseban softver za objedinjavanje strukture niza svakog frekvencijskog pojasa u strukturu činele različitih ljestvica, tako da se svaki frekvencijski pojas može optimizirati i razviti

Također izbjegava nepotrebne i zamorne testove i formira brz i unificiran novi dizajn niza činela i metodu razvoja. Koristeći ovu metodu, osim razvoja proizvoda sa sličnim radnim frekvencijama, također će se razviti novi niskofrekventni, visokofrekventni elementi nizova i osnovni nizovi koji rade u različitim frekvencijskim pojasima.

 

3.2 Mogućnosti primjene

1) Podvodna komunikacija: Budući da sonarna sonda činele ima karakteristike male veličine, male težine, lakog postavljanja, visoke osjetljivosti itd., elementi niza sonara činela mogu se oblikovati u linearni niz za podvodnu komunikaciju ili kao Jedinica podvodnog komunikacijskog sustava uspostavlja podvodnu komunikacijsku mrežu za realizaciju podvodne komunikacije velikog područja i velike udaljenosti i može trenutno promijeniti podvodni obrambeni položaj prema borbenim potrebama, čineći podvodna komunikacija brza i fleksibilna.

2) Koristi se za navođenje torpeda: sonar činele ima visoku osjetljivost prijema. Cimbalni sonar može se primijeniti na pasivna torpeda za praćenje i navođenje torpeda.

3) Koristi se za podmorski prijamni sonar: elementi niza sonara činele mogu se oblikovati u zajednički niz, koji se može postaviti na glavu ili bok podmornice za obavljanje funkcija detekcije i pozicioniranja.

4) Ostalo: može se koristiti kao sonar za vuču, sonar za izbjegavanje mina, sonar za uranjanje, itd.