Sviluppo di trasduttori acustici subacquei in applicazioni di rilevamento subacqueo

IL il trasduttore acustico subacqueo è lo strumento principale che utilizza le onde sonore per rilevare, identificare e localizzare bersagli subacquei o per comunicare e inviare rapporti sott'acqua. Il trasduttore utilizzato per emettere onde sonore è chiamato trasmettitore. Quando il trasduttore è nello stato di emissione, converte l'energia elettrica in energia meccanica e quindi in energia acustica. Allo stato attuale, gli elementi convenzionali dell'array di trasduttori progettati con materiali piezoelettrici, in particolare i trasduttori a bassa frequenza, hanno un volume e un peso elevati a causa delle loro caratteristiche strutturali, che non solo aumentano i costi di produzione, utilizzo e manutenzione, ma propongono anche caratteristiche speciali per la piattaforma. Richiede e limita la portata e la forma della formazione, limitando così le tattiche e gli indicatori tecnici. Come risolvere il problema delle dimensioni e della forma dell'array acustico, come unificare la progettazione strutturale degli array sonar a bassa e alta frequenza e sulla base della nuova struttura degli elementi dell'array, combinando array conformi su larga scala per migliorare il suono I vari indicatori tecnici del Naji Array sono senza dubbio un'urgente necessità di dare gioco alle prestazioni di combattimento della piattaforma e delle armi sottomarine e migliorare le capacità di combattimento subacqueo del nostro esercito.

 

1 Nuovo tipo di trasduttore composito piezoelettrico

Figura 3.1 Elemento array e vista in sezione trasversale del trasduttore composito piezoelettrico del germoglio lunare

Figura 3.2 Elemento array e vista in sezione trasversale del trasduttore del piatto

Tipo Bocciolo Lunare il trasduttore acustico subacqueo piezoelettrico (Figura 3.1) e il trasduttore composito piezoelettrico di tipo piatto (Figura 3.2) sono i trasduttori flessionali più rappresentativi attualmente focalizzati all'estero. I trasduttori compositi piezoelettrici di queste due strutture prendono il nome dalla forma delle loro estremità metalliche. La cavità del cappuccio terminale in metallo della struttura del bocciolo lunare è del tipo bocciolo lunare, mentre la cavità del cappuccio terminale in metallo della struttura del piatto è del tipo piatto e la cavità è d'aria. Sono tutti realizzati in un composito di metallo e ceramica piezoelettrica. I materiali compositi metallo-ceramica piezoelettrica sono combinati con la ceramica piezoelettrica attraverso metalli a forma di piastra, a forma di conchiglia e a forma di cappuccio per modificare la distribuzione delle sollecitazioni all'interno della ceramica, migliorando così le prestazioni dei materiali piezoelettrici. Le sue caratteristiche principali sono il design semplice, la facile lavorazione e il basso costo. Il trasduttore composito piezoelettrico moon bud e il trasduttore composito piezoelettrico per piatti mostrano buone prestazioni piezoelettriche. Questa struttura modifica la distribuzione delle sollecitazioni dell'interfaccia ceramica attraverso la conversione delle sollecitazioni tra il metallo a forma di cappuccio e l'interfaccia ceramica e rende il materiale composito. Le prestazioni piezoelettriche longitudinali e le prestazioni piezoelettriche trasversali producono un effetto additivo, migliorando così notevolmente le prestazioni di accoppiamento piezoelettrico dh del materiale. Tra questi, il dh del materiale composito con struttura a gemma lunare è 10-20 volte superiore a quello della ceramica piezoelettrica. La struttura del cappuccio può essere 30-40 volte superiore a quella della ceramica piezoelettrica. Il confronto delle prestazioni dei compositi ceramici metallo-piezoelettrici a forma di gemma lunare e di metallo-piezoelettrico e delle ceramiche piezoelettriche è mostrato nella Tabella 3.1.

 

2 Trasduttore del piatto

Figura 4.1 Vista in sezione della struttura di base dell'elemento dell'array del trasduttore del piatto

Figura 4.2 Lo spostamento radiale del chip ceramico dell'elemento del piatto si trasforma nello spostamento nella direzione dello spessore del cappuccio metallico

Struttura dell'elemento dell'array: la struttura di base dell'elemento dell'array è mostrata nella Figura 4.1. È formato incollando due pezzi di lamiera stampata a forma di piatto e un foglio di ceramica piezoelettrica. Il materiale della lamiera può essere lega di titanio, ottone, acciaio legato, ecc. L'uso della lega di titanio come materiale della lamiera può conferire all'elemento del piatto una maggiore resistenza alla pressione dell'acqua. Per il diametro dell'elemento dp=10mm, il Il trasduttore acustico subacqueo per piatti può resistere alla pressione a una profondità di 600 metri. Tuttavia, i materiali in lega di titanio sono più costosi dei materiali in ottone e acciaio legato. Pertanto, i materiali in lega di titanio sono relativamente limitati se non si considera la profondità dell’acqua. Rispetto ai materiali in lega di acciaio, gli elementi della serie di piatti in ottone hanno proprietà piezoelettriche migliori quando vengono applicati simultaneamente agli elementi della serie di piatti. I materiali della ceramica piezoelettrica includono anche principalmente PZT-4, PZT-8 e PZT-5. Quando i trasduttori dei piatti vengono utilizzati come trasduttori trasmittenti, le ceramiche piezoelettriche PZT-4 e PZT-8 vengono comunemente utilizzate come trasduttori riceventi. Quando vengono utilizzate, vengono comunemente utilizzate le ceramiche piezoelettriche PZT-5. Principio di funzionamento: quando viene applicata tensione ai due poli dell'elemento del piatto, la ceramica piezoelettrica produce vibrazioni longitudinali e laterali. La vibrazione longitudinale della ceramica piezoelettrica fa sì che le due piastre metalliche dell'elemento array producano direttamente uno spostamento longitudinale; Lo spostamento laterale provoca la compressione o l'espansione della lamiera in direzione radiale. A causa della particolare forma del piatto, ciò provoca anche lo spostamento longitudinale della parte superiore della lamiera, come mostrato in Figura 4.2. Sia lo spostamento longitudinale che quello radiale della ceramica piezoelettrica causeranno uno spostamento longitudinale del cappuccio terminale in metallo, e il risultato della sovrapposizione dei due spostamenti è lo spostamento del cappuccio terminale in metallo, che si traduce nell'amplificazione dello spostamento del cappuccio terminale in metallo.

 

3 Caratteristiche e prospettive applicative del piatto trasduttore acustico subacqueo piezoelettrico

3.1 Caratteristiche del trasduttore piezoelettrico del piatto

1) L'elemento dell'array è di piccole dimensioni, con elevata pressione statica e coefficiente piezoelettrico, facile da abbinare al mezzo idrico e ha una larghezza di banda molto ampia; tra questi, il design concavo degli elementi della schiera e lo speciale design del bilanciamento idrostatico vengono utilizzati per superare il limite di profondità di lavoro della schiera di base.

2) Fornire un tipo di sensori e array acustici ampiamente applicabili per piattaforme sottomarine e armi sottomarine. Questo tipo di array acustico è di piccole dimensioni, leggero e ha una vasta gamma di applicazioni. Reclamo.

3) Grazie alle caratteristiche piccole e leggere del nuovo array di piatti, può essere assemblato su larga scala.

4) Utilizzare la teoria della progettazione degli elementi dell'array di piatti e un software speciale per unificare la struttura dell'array di ciascuna banda di frequenza in una struttura di piatti di varie scale, in modo che ciascuna banda di frequenza possa essere ottimizzata e sviluppata

Inoltre, evita test inutili e noiosi e costituisce un nuovo metodo di progettazione e sviluppo di array di piatti veloce e unificato. Utilizzando questo metodo, oltre a sviluppare prodotti con frequenze operative simili, verranno sviluppati anche nuovi elementi di array a bassa e alta frequenza e array di base che funzionano in diverse bande di frequenza.

 

3.2 Prospettive applicative

1) Comunicazione subacquea: poiché il trasduttore sonar del piatto ha le caratteristiche di dimensioni ridotte, peso leggero, facile implementazione, alta sensibilità, ecc., gli elementi dell'array sonar del piatto possono essere formati in un array lineare per la comunicazione subacquea, o come un'unità del sistema di comunicazione subacquea stabilisce una rete di comunicazione subacquea per realizzare comunicazioni subacquee su vasta area e a lunga distanza e può modificare istantaneamente la posizione di difesa subacquea in base alle esigenze di combattimento, rendendo la comunicazione subacquea veloce e flessibile.

2) Utilizzato per la guida dei siluri: il sonar a piatti ha un'elevata sensibilità di ricezione. Il sonar a piatti può essere applicato ai siluri passivi per realizzare il tracciamento e la guida dei siluri.

3) Utilizzato per il sonar di ricezione del sottomarino: gli elementi della matrice del sonar dei piatti possono essere formati in una matrice comune, che può essere sistemata sulla testa o sul lato del sottomarino per eseguire le funzioni di rilevamento e posizionamento.

4) Altri: possono essere utilizzati come sonar da traino, sonar per evitare le mine, sonar da immersione, ecc.