Dezvoltarea traductorului acustic subacvatic în aplicația de detectare subacvatică

The traductorul acustic subacvatic este instrumentul principal care folosește undele sonore pentru a detecta, identifica și localiza ținte subacvatice sau pentru a comunica și trimite rapoarte sub apă. Traductorul este folosit pentru a emite unde sonore se numește transmițător. Când traductorul este în stare de emiță, acesta transformă energia electrică în energie mecanică și apoi în energie acustică. În prezent, elementele de matrice de traductoare convenționale proiectate cu materiale piezoelectrice, în special traductoarele de joasă frecvență, au un volum și o greutate mare datorită caracteristicilor lor structurale, care nu numai că măresc costurile de fabricație, utilizare și întreținere, dar propun și caracteristici speciale pentru platformă. Cerințe și limitează scara și forma de formare, restrângând astfel tacticile și indicatorii tehnici. Cum se rezolvă problema dimensiunii și formei matricei acustice, cum se unifică designul structural al rețelelor sonare de joasă frecvență și de înaltă frecvență și, pe baza noii structuri de elemente ale matricei, prin combinarea matricelor conforme la scară largă pentru a îmbunătăți sunetul Diferiții indicatori tehnici ai matricei Naji sunt, fără îndoială, o nevoie urgentă de a îmbunătăți platforma sub apă și de a îmbunătăți performanța sub apă. capacitățile de luptă ale armatei noastre.

 

1 Nou tip de traductor compozit piezoelectric

Figura 3.1 Element de matrice și vedere în secțiune transversală a traductorului compozit piezoelectric din muguri lunari

Figura 3.2 Element de matrice și vedere în secțiune transversală a traductorului de chimval

Tipul Moonbud traductorul acustic subacvatic piezoelectric (Figura 3.1) și traductorul compozit piezoelectric de tip chimbal (Figura 3.2) sunt cei mai reprezentativi traductoare de flextension concentrate în prezent în străinătate. Traductoarele piezoelectrice compozite ale acestor două structuri poartă numele după forma capacelor lor metalice. Cavitatea capacului de capăt din metal a structurii mugurilor lunii este de tip moon, în timp ce cavitatea metalică a capacului de capăt a structurii chimbalului este de tip chimbal, iar cavitatea este de aer. Toate sunt realizate dintr-un compozit de metal și ceramică piezoelectrică. Materialele compozite ceramice metal-piezoelectrice sunt combinate cu ceramica piezoelectrică prin metale în formă de placă, în formă de coajă și în formă de capac pentru a modifica distribuția tensiunilor în interiorul ceramicii, îmbunătățind astfel performanța materialelor piezoelectrice. Principalele sale caracteristici sunt designul simplu, procesarea ușoară și costul redus. Traductorul compozit piezoelectric din muguri de lună și traductorul compozit piezoelectric cu chimval prezintă performanțe piezoelectrice bune. Această structură modifică distribuția tensiunilor interfeței ceramice prin conversia tensiunii între metalul în formă de capac și interfața ceramică și face ca materialul compozit Performanța piezoelectrică longitudinală și performanța piezoelectrică transversală produc un efect aditiv, îmbunătățind astfel foarte mult performanța de cuplare piezoelectrică dh a materialului. Dintre acestea, dh-ul materialului compozit cu structură mugurului lunii este de 10-20 de ori mai mare decât cel al ceramicii piezoelectrice. Structura capacului poate fi de 30-40 de ori mai mare decât ceramica piezoelectrică. Comparația performanței compozitelor ceramice metal-piezoelectrice în formă de muguri lunari și capac și ceramică piezoelectrică este prezentată în Tabelul 3.1.

 

2 traductor de chimbal

Figura 4.1 Vedere în secțiune a structurii de bază a elementului matricei traductorului de chimval

Figura 4.2 Deplasarea radială a cipului ceramic al elementului de matrice de chimval este transformată în deplasarea în direcția grosimii capacului metalic

Structura elementului de matrice: Structura de bază a elementului de matrice este prezentată în Figura 4.1. Se formează prin lipirea a două bucăți de tablă ștanțată într-o formă de chimval și a unei foi ceramice piezoelectrice. Materialul tablei poate fi aliaj de titan, alamă, oțel aliat, etc. Utilizarea aliajului de titan ca material din tablă poate face ca elementul de chimval să aibă o rezistență mai mare la presiunea apei. Pentru diametrul elementului dp=10mm, traductorul acustic subacvatic chimbal poate rezista presiunii la o adâncime de 600 de metri. Cu toate acestea, materialele din aliaj de titan sunt mai scumpe decât alama și materialele din oțel aliat. Prin urmare, materialele din aliaj de titan sunt relativ limitate atunci când nu este luată în considerare adâncimea apei. În comparație cu materialele din oțel aliat, elementele de matrice de chimval din alamă au proprietăți piezoelectrice mai bune atunci când sunt aplicate simultan pe elementele de matrice de chimbal. Materialele ceramicii piezoelectrice includ, de asemenea, în principal PZT-4, PZT-8 și PZT-5. Când traductoarele de chimval sunt utilizate ca traductoare de transmisie, ceramica piezoelectrică PZT-4 și PZT-8 sunt utilizate în mod obișnuit ca traductoare receptoare. Când sunt utilizate, ceramica piezoelectrică PZT-5 este folosită în mod obișnuit. Principiul de funcționare: Când se aplică tensiune la cei doi poli ai elementului matricei de chimval, ceramica piezoelectrică va produce vibrații longitudinale și laterale. Vibrația longitudinală a ceramicii piezoelectrice face ca cele două plăci metalice ale elementului matrice să producă direct deplasare longitudinală; Deplasarea laterală determină comprimarea sau extinderea foii de metal în direcția radială. Datorită formei speciale a chimvalului, aceasta provoacă și deplasarea longitudinală a vârfului foii de metal, așa cum se arată în Figura 4.2. Atât deplasarea longitudinală, cât și radială a ceramicii piezoelectrice va determina capacul de capăt metalic să producă o deplasare longitudinală, iar rezultatul suprapunerii celor două deplasări este deplasarea capacului de capăt metalic, ceea ce are ca rezultat amplificarea deplasării capacului de capăt metalic.

 

3 Caracteristicile și perspectivele de aplicare ale chimvalului traductor acustic subacvatic piezoelectric

3.1 Caracteristici ale traductorului piezoelectric de chimval

1) Elementul matricei are dimensiuni mici, presiune statică și coeficient piezoelectric ridicat, ușor de asortat cu mediul de apă și are o lățime de bandă foarte mare; printre ele, designul elementului concav al matricei și designul special al echilibrului hidrostatic sunt utilizate pentru a depăși limita de adâncime de lucru a matricei de bază.

2) Furnizați un tip de senzori acustici și matrice cuprinzătoare aplicabile pentru platformele subacvatice și armele subacvatice. Acest tip de matrice acustică are dimensiuni mici, greutate redusă și are o gamă largă de aplicații. Revendicare.

3) Datorită caracteristicilor mici și ușoare ale noii matrice de chimval, acesta poate fi asamblat la scară largă.

4) Folosiți teoria de proiectare a elementelor matricei de chimbal și software-ul special pentru a unifica structura matricei a fiecărei benzi de frecvență într-o structură a cimbalului de diferite scale, astfel încât fiecare bandă de frecvență să poată fi optimizată și dezvoltată

De asemenea, evită testele inutile și plictisitoare și formează o nouă metodă rapidă și unificată de proiectare și dezvoltare a matricei de chimbale. Folosind această metodă, pe lângă dezvoltarea de produse cu frecvențe de operare similare, vor fi dezvoltate și noi elemente de matrice de joasă frecvență, de înaltă frecvență și matrice de bază care funcționează în benzi de frecvență diferite.

 

3.2 Perspective de aplicare

1) Comunicare subacvatică: Deoarece traductorul sonar al chimbalului are caracteristicile de dimensiune mică, greutate ușoară, desfășurare ușoară, sensibilitate ridicată etc., elementele matricei sonar de chimbal pot fi formate într-o matrice liniară pentru comunicarea subacvatică sau ca unitatea de sistem de comunicații subacvatice stabilește o rețea de comunicație subacvatică pentru a realiza o zonă mare și la distanță lungă de comunicare subacvatică și poate face comunicarea subacvatică rapidă, și poate face comunicarea subacvatică rapidă, și poate face apărare rapidă în funcție de nevoile de comunicare subacvatică. flexibil.

2) Folosit pentru ghidarea torpilelor: Sonarul de chimbal are o sensibilitate mare de recepție. Sonarul chimbal poate fi aplicat torpilelor pasive pentru a realiza urmărirea și ghidarea torpilelor.

3) Folosit pentru sonarul de recepție al submarinului: elementele matricei sonarului chimvalului pot fi formate într-o matrice comună, care poate fi aranjată pe capul sau pe partea laterală a submarinului pentru a îndeplini funcțiile de detectare și poziționare.

4) Altele: pot fi folosite ca sonar de remorcare, sonar de evitare a minelor, sonar de scufundare etc.