Розробка підводного акустичного перетворювача для підводного виявлення

The Підводний акустичний перетворювач є основним інструментом, який використовує звукові хвилі для виявлення, ідентифікації та визначення місцезнаходження підводних цілей або для зв’язку та надсилання звітів під водою. Перетворювач, який використовується для випромінювання звукових хвиль, називається передавачем. Коли перетворювач знаходиться в стані випромінювання, він перетворює електричну енергію в механічну, а потім в акустичну. В даний час звичайні елементи матриці перетворювачів, розроблені з п’єзоелектричних матеріалів, особливо низькочастотні перетворювачі, мають великий об’єм і вагу через свої структурні характеристики, які не тільки збільшують вартість виробництва, використання та обслуговування, але також пропонують спеціальні функції для платформи. Вимагає та обмежує масштаб і форму формування, тим самим обмежуючи тактичні та технічні показники. Як вирішити проблему розміру та форми акустичної решітки, як уніфікувати структурну конструкцію низькочастотних і високочастотних масивів гідролокаторів, а також на основі нової структури елементів масиву, об’єднавши великомасштабні конформні масиви для покращення звуку. Різноманітні технічні показники масиву Naji, безсумнівно, є нагальною потребою, щоб надати перевагу бойовим характеристикам платформи та підводної зброї. та покращити підводні бойові можливості нашої армії.

 

1 Новий тип п'єзоелектричного композитного перетворювача

Рисунок 3.1 Елемент решітки та поперечний переріз п’єзоелектричного композитного перетворювача місячної бруньки

Малюнок 3.2 Елемент масиву та поперечний переріз перетворювача тарілки

Тип місячного бутона п’єзоелектричний підводний акустичний перетворювач (Малюнок 3.1) і п’єзоелектричний композитний перетворювач типу тарілки (Малюнок 3.2) є найбільш репрезентативними перетворювачами гнучкості і розтягування, на які зараз зосереджено увагу за кордоном. П’єзоелектричні композитні перетворювачі цих двох структур названі за формою їхніх металевих торцевих заглушок. Порожнина металевої торцевої кришки конструкції місячного бутона є типом місячного бутона, тоді як порожнина металевої торцевої кришки конструкції тарілки є типом тарілки, а порожнина є повітряною. Усі вони виготовлені з композиту металу та п’єзокераміки. Метало-п’єзоелектричні керамічні композитні матеріали поєднуються з п’єзоелектричною керамікою через пластинчасті, раковинні та ковпачкові метали для зміни розподілу напруги всередині кераміки, тим самим покращуючи характеристики п’єзоелектричних матеріалів. Його головні особливості — простий дизайн, легкість обробки та низька вартість. П’єзоелектричний композитний перетворювач місячного бутона та п’єзоелектричний композитний перетворювач тарілки демонструють хороші п’єзоелектричні характеристики. Ця структура змінює розподіл напруги на керамічній межі через перетворення напруги між металом у формі ковпачка та керамічною межею, і робить композитний матеріал. Поздовжні п’єзоелектричні характеристики та поперечні п’єзоелектричні характеристики створюють додатковий ефект, таким чином значно покращуючи ефективність п’єзоелектричного зв’язку dh матеріалу. Серед них, dh композиційного матеріалу місячної структури в 10-20 разів вище, ніж у п’єзоелектричної кераміки. Конструкція кришки може бути в 30-40 разів вище, ніж у п'єзоелектричної кераміки. Порівняння продуктивності металево-п’єзоелектричних керамічних композитів і п’єзоелектричної кераміки у формі місячного бутона та ковпачка наведено в таблиці 3.1.

 

2 Перетворювач тарілки

Рисунок 4.1 Розріз базової конструкції елемента матриці перетворювача тарілок

Рисунок 4.2 Радіальне зміщення керамічного чіпа елемента масиву тарілок трансформується в зміщення в напрямку товщини металевого ковпачка

Структура елемента масиву: базова структура елемента масиву показана на рисунку 4.1. Він утворений шляхом з’єднання двох металевих листів, виштампованих у формі тарілки, та п’єзоелектричного керамічного листа. Матеріалом металевого листа може бути титановий сплав, латунь, легована сталь тощо. Використання титанового сплаву як металевого листа може зробити елемент тарілки більш стійким до тиску води. Для діаметра елемента dp=10 мм Підводний акустичний перетворювач тарілок витримує тиск на глибині 600 метрів. Однак матеріали з титанового сплаву дорожчі, ніж матеріали з латуні та легованої сталі. Тому матеріали з титанового сплаву відносно обмежені, якщо не враховувати глибину води. Порівняно з матеріалами з легованої сталі латунні елементи масиву тарілок мають кращі п’єзоелектричні властивості, коли їх одночасно наносять на елементи масиву тарілок. Матеріали п'єзоелектричної кераміки також в основному включають PZT-4, PZT-8 і PZT-5. Коли перетворювачі тарілок використовуються як перетворювачі передачі, п’єзоелектрична кераміка PZT-4 і PZT-8 зазвичай використовується як перетворювачі прийому. При використанні зазвичай використовується п'єзокераміка PZT-5. Принцип роботи: коли напруга подається на два полюси елемента масиву тарілок, п’єзоелектрична кераміка вироблятиме поздовжню та поперечну вібрацію. Поздовжня вібрація п’єзоелектричної кераміки змушує дві металеві пластини елемента масиву безпосередньо виробляти поздовжнє зміщення; Бічне зміщення призводить до того, що металевий лист стискається або розширюється в радіальному напрямку. Завдяки особливій формі тарілки це також спричиняє поздовжнє зміщення верхньої частини металевого листа, як показано на малюнку 4.2. Як поздовжнє, так і радіальне зміщення п’єзоелектричної кераміки призведе до поздовжнього зміщення металевої торцевої кришки, а результатом суперпозиції двох зміщень є зміщення металевої торцевої кришки, що призводить до посилення зміщення металевої торцевої кришки.

 

3 Характеристика та перспективи застосування цимбалу п'єзоелектричний підводний акустичний перетворювач

3.1 Характеристики п'єзоелектричного перетворювача тарілки

1) Елемент масиву має невеликий розмір, високий статичний тиск і п’єзоелектричний коефіцієнт, його легко поєднати з водним середовищем і має дуже велику пропускну здатність; серед них увігнута конструкція елементів решітки та спеціальна конструкція гідростатичного балансу використовуються для подолання обмеження робочої глибини основної решітки.

2) Забезпечити тип комплексно застосовних акустичних датчиків і масивів для підводних платформ і підводної зброї. Цей тип акустичного масиву має невеликі розміри, малу вагу та широкий спектр застосування. Претензія.

3) Завдяки малим і легким характеристикам нового масиву тарілок його можна збирати у великих масштабах.

4) Використовуйте теорію дизайну елементів масиву тарілок і спеціальне програмне забезпечення для уніфікації структури масиву кожної частотної смуги в структуру тарілок різних масштабів, щоб кожну частотну смугу можна було оптимізувати та розвивати.

Це також дозволяє уникнути непотрібних і виснажливих тестів і формує швидкий і уніфікований новий дизайн і метод розробки масиву тарілок. За допомогою цього методу, окрім розробки продуктів зі схожими робочими частотами, також будуть розроблені нові низькочастотні, високочастотні елементи масиву та базові масиви, які працюють у різних діапазонах частот.

 

3.2 Перспективи застосування

1) Підводний зв’язок: оскільки перетворювач сонара тарілки має такі характеристики, як малий розмір, легка вага, легке розгортання, висока чутливість тощо, елементи масиву гідролокатора тарілки можуть бути сформовані в лінійний масив для підводного зв’язку або як Блок системи підводного зв’язку встановлює мережу підводного зв’язку для реалізації підводного зв’язку на великій площі та на великій відстані та може миттєво змінювати позицію підводної оборони відповідно до бойових потреб, роблячи швидкий і гнучкий підводний зв'язок.