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の 水中音響トランスデューサは 、音波を使用して水中のターゲットを検出、識別、位置特定したり、水中で通信してレポートを送信したりするための主要なツールです。音波を発するために使用されるトランスデューサーはトランスミッターと呼ばれます。トランスデューサが放射状態にある場合、電気エネルギーが機械エネルギーに変換され、さらに音響エネルギーに変換されます。現在、圧電材料で設計された従来のトランスデューサアレイ素子、特に低周波トランスデューサは、その構造的特性により体積と重量が大きく、製造、使用、メンテナンスのコストが増加するだけでなく、プラットフォームに特殊な機能も提案されています。フォーメーションの規模と形式を要件および制限し、それによって戦術とテクニカル指標を制限します。音響アレイのサイズと形状の問題をどのように解決するか、低周波ソナーアレイと高周波ソナーアレイの構造設計をどのように統一するか、そして新しいアレイ素子構造に基づいて、大規模なコンフォーマルアレイを組み合わせて音響を向上させるか。ナジアレイのさまざまな技術指標は、プラットフォームと水中兵器の戦闘性能を発揮し、我が国の水中戦闘能力を向上させるために間違いなく緊急の必要性です。
1 新型圧電複合振動子
図 3.1 月芽圧電複合トランスデューサのアレイ要素と断面図
図 3.2 シンバルトランスデューサの配列要素と断面図
ムーンバドタイプ 圧電型水中音響トランスデューサ（図 3.1）とシンバル型圧電複合トランスデューサ（図 3.2）です。 現在海外で注目されている代表的なフレックステンショナルトランスデューサは、これら 2 つの構造の圧電複合トランスデューサは、金属エンド キャップの形状にちなんで名付けられました。ムーンバッド構造の金属エンドキャップキャビティはムーンバドタイプであり、シンバル構造の金属エンドキャップキャビティはシンバルタイプであり、キャビティは空気である。これらはすべて金属と圧電セラミックスの複合体でできています。金属-圧電セラミックス複合材料は、板状、殻状、キャップ状の金属を介して圧電セラミックスと結合し、セラミックス内部の応力分布を変化させ、圧電材料の性能を向上させます。シンプルな設計、加工の容易さ、低コストが大きな特徴です。ムーンバッド圧電複合トランスデューサとシンバル圧電複合トランスデューサは良好な圧電性能を示します。この構造により、キャップ状金属とセラミック界面との間の応力変換によりセラミック界面の応力分布が変化し、複合材料の縦方向の圧電性能と横方向の圧電性能が相加効果を生み、材料の圧電結合性能dhが大幅に向上します。中でも、月芽構造複合材料のdhは圧電セラミックスのdhの10～20倍です。キャップ構造は圧電セラミックよりも 30 ～ 40 倍高くなります。月のつぼみ型およびキャップ型の金属圧電セラミックス複合材料と圧電セラミックスの性能比較を表 3.1 に示します。
2 シンバルトランスデューサー
図4.1 シンバル振動子アレイ素子の基本構造の断面図
図4.2 シンバルアレイ素子のセラミックチップの半径方向の変位を金属キャップの厚み方向の変位に変換する
配列要素の構造: 配列要素の基本構造を図 4.1 に示します。シンバル形状に打ち抜いた金属シートと圧電セラミックシートの2枚を貼り合わせて形成されています。金属シートの材質としては、チタン合金、真鍮、合金鋼などが挙げられる。金属シートの材質としてチタン合金を使用することにより、シンバルエレメントの耐水圧をより高めることができる。要素直径 dp=10mm の場合、 シンバルの水中音響トランスデューサーは、 水深600メートルの圧力に耐えることができます。ただし、チタン合金材は黄銅や合金鋼材に比べて高価です。したがって、水深を考慮しない場合、チタン合金の材質は比較的限られてきます。合金鋼材料と比較して、真鍮のシンバルアレイ要素をシンバルアレイ要素に同時に適用すると、より優れた圧電特性が得られます。圧電セラミックスの材質も主にPZT-4、PZT-8、PZT-5などがあります。シンバルトランスデューサが送信トランスデューサとして使用される場合、PZT-4 および PZT-8 圧電セラミックが受信トランスデューサとして一般に使用されます。使用する場合は、PZT-5 圧電セラミックが一般的に使用されます。動作原理: シンバルアレイエレメントの 2 つの極に電圧が印加されると、圧電セラミックが縦方向と横方向の振動を生成します。圧電セラミックの縦方向の振動により、アレイ素子の 2 つの金属プレートが直接縦方向の変位を生成します。横方向の変位により、金属シートは半径方向に圧縮または膨張します。シンバルの特殊な形状により、図 4.2 に示すように、金属シートの上部が縦方向に変位します。圧電セラミックの長手方向と半径方向の変位の両方により、金属エンド キャップは長手方向の変位を生成します。この 2 つの変位の重ね合わせの結果が金属エンド キャップの変位となり、その結果、金属エンド キャップの変位が増幅されます。
3 シンバルの特徴と応用展望 圧電水中音響変換器
3.1 シンバル圧電振動子の特徴
1) アレイ素子はサイズが小さく、静圧と圧電係数が高く、水媒体とのマッチングが容易で、非常に広い帯域幅を持っています。中でも、凹面アレイ要素設計と特殊な静水圧バランス設計は、基本アレイの作動深さの限界を突破するために使用されています。
2) 水中プラットフォームおよび水中兵器用に、包括的に適用可能な一種の音響センサーおよびアレイを提供する。このタイプの音響アレイは小型、軽量であり、幅広い用途に使用できます。請求。
3) 新しいシンバルアレイは小さくて軽いという特徴があるため、大規模に組み立てることができます。
4) シンバル配列要素の設計理論と専用ソフトウェアを使用して、各周波数帯域の配列構造をさまざまなスケールのシンバル構造に統一し、各周波数帯域を最適化して開発できます。
また、不必要で退屈なテストを回避し、高速で統一された新しいシンバルアレイの設計および開発方法を形成します。この方法を使用すると、同様の動作周波数の製品を開発することに加えて、異なる周波数帯域で動作する新しい低周波、高周波アレイ素子および基本アレイも開発されます。
3.2 応用の見通し
1) 水中通信: シンバルソナートランスデューサは、小型、軽量、展開が容易、高感度などの特性を備えているため、シンバルソナーアレイ要素を水中通信用に線形アレイに形成するか、または水中通信システムユニットとして水中通信ネットワークを確立し、広範囲かつ長距離の水中通信を実現し、戦闘のニーズに応じて水中防御位置を瞬時に変更できるため、水中通信が高速かつ柔軟になります。
2) 魚雷誘導に使用：シンバルソナーは受信感度が高い。シンバル ソナーを受動的魚雷に適用して、魚雷の追跡と誘導を実現できます。
3) 潜水艦のソナー受信に使用: シンバル ソナー アレイ要素を共通のアレイに形成し、潜水艦の頭部または側面に配置して検出および測位の機能を実行できます。
4) その他: 牽引ソナー、地雷回避ソナー、浸漬ソナーなどとして使用できます。
