RU1827723C - Подводный излучатель - Google Patents

Abstract

Использование: область гидроакустики. Сущность изобретени : устройство содержит вибратор в виде цилиндрической спира- ли с криволинейной излучающей поверхностью, выполненный из материала, измен ющего геометрические размеры под действием электрического и магнитного полей . Концы цилиндрической спирали жестко скреплены. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к морскому приборостроению , а именно к подводным излучател м , используемым дл  создани  акустических колебаний в водной среде. В частности, они могут быть применены в системах подводной звуковой св зи, геофизических исследовани х океана, дезориентации и загона рыб в куток трала, а также дл  защиты отдельных акваторий от хищных рыб (например, отпугивани  акул от пл жей, от мест, где производ тс  подводные работы, и т.п.).

Известен подводный излучатель, содержащий вибратор в виде стержн , выполненного из пьезокерамического (либо магнитострикционного, с. 164) материала. Под действием электрического (или магнитного ) пол  средн   длина стержн  измен етс  с частотой приложенного пол , причем основна  (низка ) частота резонанса стержневого вибратора определ етс  выражением:

ЙТ

призлуни  е. В в сиизиана , ала, й от л от воддерненибо ала. нитен чем ержени0 )

где с - скорость звука в материале вибратора ,

I - длина вибратора.

Подводные излучатели со стержневыми вибраторами, в разумных габаритах, способны обеспечить нижнюю границу частотного диапазона .равную дес ткам килогерц. Попытка расширени  диапазона в более низкочастотную область приведет к резкому увеличению габаритов излучател  (например , дл  получени  нижней границы равной 600 Гц, длина I 4 м, при ск 4000 м/с).

Известен другой подводный излучатель , описанный там же на странице 150, выбранный в качестве прототипа. Он содержит вибратор с криволинейной излучающей поверхностью, выполненный из пьезокерамического материала, способного измен ть свои размеры под воздействием электрического пол . Вибратор данного излучател  выполнен в виде цилиндра (кольца). Изменение средней длины окружности цилиндра (кольца) приводит к возникновению радиальных пульсирующих или осциллирующих колебаний, передающихс  в водную среду. Основна  частота резонанса пульсирующих

СО

00

ю VI VI

Ю CJ

колебаний излучател  определ етс  из выражени :

«,Ј

где R - средний радиус цилиндра (кольца).

Данный излучатель способен снизить низкочастотную границу излучаемого диапазона частот ( ш к) по сравнению со стержневым излучателем, при тех же максимальных габаритах вибратора, до частот пор дка единиц килогерц.

Однако попытка дальнейшего расширени  диапазона излучени  в область низких частот приводит к увеличению среднего радиуса вибратора,что, в частности,затрудн ет его размещение в подводном носителе. (Например, дл  обеспечени  f 500 Гц, R 1,3 м, при ск 4000 м/с).

Цель изобретени  - расширение диапазона излучени  в область низких частот без увеличени  радиуса кривизны излучающей поверхности.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в подводном излучателе, содержащем вибратор с криволинейной излучающей поверхностью , выполненный из материала, способного изменить свои геометрические размеры под воздействием электрического или магнитного полей, вибратор выполнен в виде цилиндрической спирали, концы которой жестко закреплены относительно друг друга.

На чертеже изображен общий вид предложенного подводного излучател .

Подводный излучатель состоит из цилиндрического металлического корпуса 1 и размещенного на этом корпусе вибратора 2 в виде цилиндрической спирали. Вибратор состоит из набора пр моугольных призм 3, выполненных из пьезоэлектрического материала (например, пьезокерамики ЦТБС-3), электрически соединенных параллельно, закрепленных с помощью кле  на подложке 4, имеющей форму спирали.

Подложка 4 с помощью башмаков 5 крепитс  к жесткому корпусу 1, в результате чего обеспечено жесткое закрепление концов спирального вибратора относительно друг друга. На торцах корпуса имеютс  фланцы 6, на которых закреплена цилиндрическа  упруга  оболочка 7 (выполненна , например, из резины), закрывающа  наружную поверхность вибратора 2. Объем между оболочкой 7 и корпусом 1 заполнен малосжимаемой жидкостью 8 (например, минеральным маслом), обеспечивающей выравнивание внутреннего и гидростатиче

ского давлений при погружении излучател  на глубину.

В другом примере выполнени  вибратора в качестве материала, способного изме5 н ть свои геометрические размеры под действием магнитного пол , может примен тьс  магнитострикционный материал. В этом случае вибратор представл ет собой цилиндрическую спираль из железоникеле10 вого сплава, на которой по ходу спирали размещена обмотка.

Излучатель работает следующим образом . При подключении к вибратору 2 переменного электрического напр жени , в

15 вибраторе возникают продольные и изгиб- ные колебани . Поскольку концы спирального вибратора жестко закреплены башмаком 5 на корпусе 1 и не имеют возможности относительного перемещени ,

20 продольные и изгибные моды колебаний перерождаютс  в радиальные колебани  вибратора , превраща  его тем самым в пульсирующий цилиндр. Колебани  вибратора 2 через упругую оболочку 7 передаютс 

25 в воду. Как показал анализ, основными (низшими ) формами колебаний вибратора  вл ютс  перва  продольна  и перва  изгибна  моды.

Перва  продольна  мода колебаний

30 имеет резонансную частоту

ш Р ск. р 1

(On- R , К 2 к,

(3)

где К-число витков спирального вибратора, с - скорость звука в материале, R - средний радиус.

Перва  изгибна  мода колебаний имеет частоту

Р (1 - Р2} СК

WM

V1 + R

№

где h ж- приведенна  толщина вибратора. Частота первой изгибной моды дл  двухвиткового спирального вибратора (К 2) получаетс  из выражени  (4) при

50

со иск 0,25пж ft)к.

(5)

Использование в подводном излучателе вибратора в виде цилиндрической спирали, концы которой жестко закреплены относительно друг друга, обеспечивает расширение диапазона излучени  в область низких частот. Так из сравнени  выражений (2) и (3) видно, что основна  частота первой продольной моды колебаний вибратора в виде

двухвитковой цилиндрической спирали в 4 раза ниже той же моды цилиндрического вибратора.

Величина снижени  частоты при работе вибратора на основной изгибной моде, следует из сравнени  выражени  (5) дл  двух- виткового спирального вибратора с выражением дл  цилиндра, получаемым из формулы (4) при Р 2. Это выражение имеет вид

ик

2.7ЬжСк R

2,7hx О)

(6)

Из сравнени  выражений (5) и (6) следует понижение частоты первой изгибной моды колебаний спирального вибратора примерно в 10 раз по сравнению с цилиндрическим того же радиуса. Таким образом, даже при работе на частоте первой продоль0

5

0

ной моды колебаний, радиус спирального вибратора составит 0,35 м, дл  частоты f 500 Гц. Это обсто тельство позвол ет создавать мощные низкочастотные подводные излучатели с габаритами, позвол ющими их использовать как в  корных устройствах, так и в самоходных или буксируемых гидроакустических устройствах .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Подводный излучатель, содержащий вибратор с криволинейной излучающей поверхностью , выполненный из материала, измен ющего геометрические размеры под действием электрического и магнитного полей , отличающийс  тем, что, с целью снижени  резонансной частоты, вибратор выполнен в виде цилиндрической спирали, концы которой жестко скреплены.

   А-А