Монография посвящена развитию второго и третьего подходов к расчету звуковых полей подводных акустических антенн на основе развития и применения аналитических и численных методов решения волновых задач взаимодействия тел в многосвязных областях. Изучено влияние на формирование полей взаимодействия элементов антенн по звуковому полю, обусловленного многократным рассеиванием волн всеми элементами антенн. Представлены закономерности формирования полей антеннами различного вида в зависимости от параметров антенн и их элементов. Приведены рекомендации по практическому использованию эффектов дифракционного взаимодействия при построении антенн.

Получены аналитические соотношения, описывающие акустические и механические поля, возникающие в системе, образованной из двух цилиндрических пьезокерамических излучателей. Каждый из них представляет собой бесконечную тонкую радиально поляризованную оболочку, совершающую пульсирующие колебания. В расчетной модели системы учтено многократное отражение звуковых волн и связанность электрических, механических и акустических процессов в каждом из излучателей. Последнее осуществляется с помощью представления преобразователей в виде эквивалентных электромеханических схем. Приведены результаты расчетов и произведен их краткий анализ.

Рассмотрены технические и научные аспекты развития комплексной системы "гидроакустическое вооружение - надводный корабль". Изложены особенности надводных кораблей как носителей гидроакустического вооружения с гидроакустическими антеннами, размещенными в корпусе корабля, и гидроакустическими антеннами переменной глубины. Рассмотрены основные задачи, решаемые гидроакустическим вооружением надводных кораблей. Проанализированы физические процессы, происходящие при формировании звукового поля системой "гидроакустическая станция - надводный корабль" и методы их исследования. Показаны возможности повышения эффективности и пути усовершенствования комплексной системы "гидроакустическое вооружение - надводный корабль". Исследовано влияние морской поверхности, а также элементов конструкции и формы корпуса корабля на эффективность системы "гидроакустическая станция - надводный корабль".

Наведено та розв'язано плоску задачу про взаємодію плоских акустичних хвиль з гідропружною системою тонкостінних п'єзокерамічних циліндричних перетворювачів з урахуванням зв'язаності акустичних, механічних та електричних полів у кожному перетворювачі системи та взаємного впливу багаторазово відбитих хвиль усіма елементами системи. Розв'язок зведено до нескінченної системи лінійних алгебраїчних рівнянь, яка розв'язується методом редукції. Математичні моделі, застосовані у роботі, відповідають основним особливостям реальних фізичних систем даного типу. Це доведено шляхом зівставлення результатів розрахунку з експериментальними даними.

Виконано числовий аналіз зв'язаних полів, що виникають у кругових та дугових циліндричних гратках, утворених із тонкостінних п'єзокерамічних циліндричних перетворювачів, за умов взаємодії їх з плоскими акустичними хвилями. Встановлено фізичні закономірності впливу даної взаємодії на акустичні, механічні й електричні поля граток в залежності від параметрів перетворювачів, граток та хвиль. Доведено, що взаємодія перетворювачів у такій системі обумовлює втрату однорідності кутової залежності акустичних, механічних та електричних полів окремих перетворювачів, а також набуття спрямованих властивостей системою в цілому. Визначено суттєву роль внутрішньої області кругових граток на формування їх діаграм розсіяння.

Наведено результати експериментальних досліджень впливу кавітації на електричний імпеданс електроакустичних перетворювачів, які збуджують ультразвукові коливання у водному середовищі за наявності відбивальних поверхонь. Розглянуто особливості зміни імпедансу на різних стадіях розвитку кавітаційного процесу в ультразвуковому полі стоячої хвилі. Одержано залежності вертикального розподілу акустичного тиску в докавітаційному та кавітаційному режимах. Визначено, що зміна імпедансу електроакустичних перетворювачів обумовлена явищем руйнування стоячої хвилі внаслідок розсіяння звуку в кавітуючому середовищі.

Рассмотрена гидроакустическая труба, предназначенная для измерений коэффициента отражения звука от различных материалов и конструкций с помощью метода двух гидрофонов. Установлено, что в таких устройствах могут возникать специфические, раннее не изученные вибрационные помехи, существенно влияющие на точность измерений. Показано, что причиной их появления служит механическая связь источника звуковых волн со стенками трубы через элементы ее конструкции. На основе предложенной расчетной схемы проведены численные оценки относительного уровня помех и коэффициента отражения звука от тонкого слоя воздуха. Показано, что на отдельных частотах определение коэффициента отражения может оказаться практически невозможным. Предложены два способа снижения уровня помех. Один из них заключается в рациональном выборе конструктивных элементов трубы, а второй основан на специальной обработке сигналов, поступающих с вибродатчиков и гидрофонов, размещенных в трубе.

Індекс рубрикатора НБУВ: З843.413

Рубрики:

П'єзоелектрики

Шифр НБУВ: Ж69367 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Рассмотрена гидроакустическая антенна, состоящая из уголкового рупорного отражателя мягкого типа и расположенного в его устье цилиндрического пьезокерамического излучателя с окружной поляризацией. При этом конструктивное исполнение излучателя может иметь силовой или компенсированный варианты. Методами связанных полей и частичных областей решена задача и получены аналитические выражения, описывающие физические поля рупорной антенны - акустические, механические и электрические. Эти поля представлены в виде разложений в ряды по волновым функциям круговой цилиндрической системы координат с неизвестными коэффициентами разложений, определяемыми из граничных условий и условий сопряжения полей на границах раздела областей. Решение сведено к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений.

Рассмотрена гидроакустическая антенна, отражатель которой выполнен в виде акустически мягкого уголкового рупора, а источником звука является пьезокерамический цилиндрический преобразователь с радиальной поляризацией. Внутренняя полость преобразователя заполнена упругой средой, что характерно для преобразователей и силовой, и компенсированной конструкций. Задача излучения звука такой антенной в "сквозной" постановке решена с использованием методов связанных полей и частичных областей. Все физические поля антенны представлены в виде разложений в ряды Фурье, коэффициенты которых определяются в результате совместного решения дифференциальных уравнений, описывающих электроупругие колебания пьезокерамического преобразователя и волновые процессы в акустических средах, контактирующих с ним. Задача сведена к решению бесконечной системы линейных алгебраических уравнений относительно коэффициентов разложений.

Рассмотрены основные конструктивные схемы построения цилиндрических преобразователей с продольным и поперечным пьезоэффектом и их особенности, а именно, силовая и компенсированная конструкции. С помощью метода "сквозной" задачи определены звуковые поля круговых цилиндрических пьезокерамических излучателей с продольным и поперечным пьезоэффектами. На основе приближений Кирхгофа-Лява и уравнений вынужденных колебаний оболочки получены аналитические соотношения для описания и вычисления механических, акустических и электрических характеристик таких излучателей при технической реализации их в виде силовых и компенсированных конструкций с продольным и поперечным пьезоэффектом, а также связей между этими характеристиками.

Проведен численный анализ свойств звуковых полей, формируемых цилиндрическими пьезокерамическими излучателями силовой и компенсированной конструкции. Рассмотрены различные составы пьезокерамики и различные схемы построения колебательных систем, позволяющие реализовать в излучателе продольный либо поперечный пьезоэффекты. Изучено влияние на создаваемое звуковое поле изменения геометрических размеров конструкции излучателя. Сопоставительный анализ частотных зависимостей звуковых полей позволил установить ряд тонких эффектов в их формировании, зависящих как от типа конструктивного исполнения, так и от вида используемого пьезоэффекта и состава используемой пьезокерамики.

Исходя из единых методических позиций, получен обширный численный материал об электрических свойствах цилиндрических пьезокерамических излучателей силовой и компенсированной конструкций. На его основе в широком диапазоне частот установлены количественные связи между электрическим током, модулем, активной и реактивной составляющими электрического сопротивления этих излучателей и видом используемой поляризации, физическими параметрами различных составов пьезокерамической оболочки излучателей, геометрическими размерами конструкции излучателей и физическими характеристиками сред, заполняющих их внутренние полости. Сопоставительный анализ полученных данных позволил установить ряд тонких эффектов в поведении электрических полей излучателей рассматриваемого типа.

Методом связанных полей получены аналитические соотношения, описывающие электрические поля цилиндрических пьезокерамических антенн с плоским экраном в диаметральной плоскости. Сопоставительный анализ результатов численного эксперимента, выполненный по частотным характеристикам электрических полей антенн в зависимости от параметров образующих антенны элементов и конструктивного исполнения антенн, позволил установить ряд тонких эффектов в формировании полей.

Рассмотрены основы анализа физических особенностей условий эксплуатации комплексной системы гидроакустическое вооружение - надводный корабль и их влияния на структуру построения системы. Исследованы возможности повышения эффективности комплексной указанной системы. Определены пути повышения эффективности системы гидроакустическое вооружение - надводный корабль с антеннами, размещаемыми на корпусе корабля, а также с опускаемыми и сосредоточенными антеннами переменной глубины.

С помощью строгого метода "связанных" полей получены аналитические выражения для описания электрических полей пьезокерамических цилиндрических антенн с экранами в виде незамкнутого кольцевого слоя конечной толщины. В результате численного анализа установлены количественные связи и особенности частотных характеристик электрического тока и входного сопротивления антенн с экранами в зависимости от параметров составляющих антенны элементов.

Проведен численный анализ акустических свойств цилиндрической антенны с плоским акустически мягким экраном, расположенным в диаметральной плоскости её излучателя, выполненного в виде силовой или компенсированной конструкций. Сопоставительный анализ частотных свойств звуковых полей и углового распределения полей в дальней зоне антенны позволил установить ряд тонких эффектов в формировании полей, зависящих как от типа конструктивного исполнения излучателя антенны, так и от размеров её акустического экрана.

С помощью метода связанных полей в многосвязных областях решена задача излучения звука планарной антенной решеткой, образованной из цилиндрических пьезокерамических излучателей силовой и компенсированной конструкций с окружной поляризацией, с учетом взаимодействия электрических, механических и звуковых полей в процессе преобразования электрической энергии в акустическую и взаимодействия излучателей в решетке по звуковому полю, обусловленного многократным рассеянием волн на элементах решетки. Получены аналитические выражения, позволяющие выполнять расчеты параметров всех физических полей, участвующих в работе антенны.

Выполнен численный анализ свойств механических полей цилиндрических антенн, образованных из цилиндрических пьезокерамических излучателей с окружной поляризацией и плоских акустически мягких экранов, располагаемых в диаметральной плоскости излучателей. Рассмотрены излучатели силовой и компенсированной конструкций. Сопоставительный анализ частотных свойств и угловых распределений радиальных и окружных скоростей антенн позволил установить ряд тонких эффектов в формировании механических полей антенн рассматриваемого типа в зависимости от вида их конструктивного исполнения.

При помощи метода связанных полей в многосвязных областях решена задача излучения звука круговой цилиндрической антенной, образованной из цилиндрических пьезокерамических излучателей с окружной поляризацией силовой и компенсированной конструкций и цилиндрического акустически мягкого экрана во внутренней полости. Решение выполнено с учетом взаимодействия электрического, механического и акустического полей при преобразовании электрической энергии в акустическую и взаимодействия излучателей и экрана по акустическому полю в антенне, обусловленного многократным рассеиванием звука на элементах антенны. Получены аналитические выражения, позволяющие выполнять численные расчеты параметров антенн рассматриваемого типа с учетом реальных физических особенностей антенн.