Гідроакустичні пристрої на основі багатмодових п`єзокерамічних перетворювачів
Вантажиться...
Дата
2012
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук по спеціальності 05.09.08 – Прикладна акустика та звукотехніка. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2011.
Дисертація присвячена створенню теоретичних основ розрахунку та проектування гідроакустичних пристроїв з використанням багатомодових перетворювачів, а також визначенню технічних шляхів побудови таких пристроїв.
В дисертаційній роботі створено теоретичні методи розрахунку та визначені фізичні процеси зв’язаності коливань в багатомодових перетворювачах. Досліджено найбільш широко застосовані типи електропружних циліндричних та стержньових тіл, які є основою відповідних акустичних перетворювачів гідроакустичних при
строїв різного призначення. Для вказаних електропружних об’єктів розв'язано за
дачі гідроелектропружності з використанням “функцій включення електродів”.
В результаті чисельних досліджень визначено вплив зв’язаності та багатомодовості на дифракційну взаємодію прийомних та випромінюючих перетворювачів.
Аналіз теоретичних результатів та їх фізична інтерпретація забезпечили формулювання пропозицій щодо технічної реалізації гідроакустичних пристроїв з використанням багатомодових перетворювачів і систем.
Отримані теоретичні результати експериментально підтверджено відповідно до даних вимірювань імпедансних та просторових характеристик.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.08 – Прикладная акустика и звукотехника. – Национальный технический університет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2011. Диссертация посвящена созданию теоретических основ расчета и проектирования гидроакустических устройств с использованием многомодовых преобразователей, а также определению технических путей их построения. В диссертационной работе созданы теоретические методы расчета и определены физические процессы связанности колебаний в многомодовых преобразователях. Исследованы наиболее широко применяемые типы электроупругих цилиндрических и стержневих тел, которые являються основой сооветствующих акустикеских преобразователей гидроакустических устройств различного назначения. Для указанных типов электроупругих объектов решены задачи стационарной гидроэлектроупругости с использованием “функций включения электродов”, которые позволяют учесть как наличие заданного числа электродов пьезокерамических преобразователей, их геометрию и характер включения, так и возможности влияния активированных мод на результирующие колебания. Решение указанных задач обеспечено разработкой аналитических соотношений и определением с их помощью закономерностей участия мод колебаний в формировании физических полей многомодовых преобразователей и систем, а также методов управления физическими полями многомодовых преобразователей. Расчеты проводились для типовых пьезокерамических колец и стержней, используемых в цилиндрических и стержневых преобразователях, выполненных из пьезокерамического материала ЦТБС-3. Цилиндрический преобразователь имеет диаметр -3 d0s=2r0s=2a=135×10 м и толщину стенки -3 h0s=6×10 м. На внешнюю и внутреннюю поверхность цилиндрического кольца нанесены электроды опредленного углового раскрыва 2γ 0s , каждый из которых нагружен на отдельное электрическое сопротивление [0; ] sm Z ∈ ∞ через автономный кабельный тракт. В качестве стержневого преобразователя выбран прямоугольный брус с размерами: дли на 2l =100 мм, толщина 2a =15 мм, ширина 2b =15 мм. Электроды нанесены на торцевые грани и через автномные кабельные тракты подключены к отдельным активным электрическим сопротивлениям Условия проведения вычилений бесконечных систем линейных алгебраических уравнений, соответствуют традиционно используемым в задачах волновой гидроакустики, количество членов рядов – розложений составляло ± 11, что обеспечило сходимость – не хуже 1%. В результате выполнения численных исследований определено влияние связанности и многомодовости на дифракционное взаимодействие приемных и излучающих преобразователей, условия электрического нагружения отдельных элементов излучающих систем и особенности формирования пространственной избирательности электроупругих преобразующих систем. Полученные результаты обеспечивают возможность комплексного решения современных проблем гидроакустики – технической реализации векторно-фазовых методов, максимизации коэффициента концентрации при заданных габаритах систем преобразователей и создания глубоководных гидроакустических устройств. При этом численно исследовались такие характеристики взаимодействующих физических полей как: акустические давления (полное поле, рассеяное поле), нормальная составляющая механических перемещений и полные механические пермещения точек поверхностей оболочек преобразователей, электрические напряжения на нагрузках электродов. Для проверки правильности сделаных на этапе постановки задач предположений и допущений, а также условий проведения расчетов - в работе представлены результаты экспериментальных исследований. Так, в результате использования импедансных методов и методов дальнего поля измерены частотные характеристики типовых многомодовых преобразователей, а также характеристики направленности для различных ситуаций электромеханической активации модовых наборов. Анализ теоретических результатов и их физическая интерпретация обеспечили возможность формулировки предложений попределению путей построения и технической реализации гидроакустических устройств с использованием многомодовых преобразователей и систем. Для обеспечения векторно-фазових методов предложено формирование на основе базовой колебательной системы (в виде пьезокерамического радиально поляризованого тонкостенного кругового кольца с нанесенными на его поверхность разрезными электродами одинакового раскрыва) - набора приемников n - го порядка, которые соответствуют членам рядов - разложений для акустического поля; Для обеспечения макксимизации коэффициента концентрации предложено использование схем формирования пространственнных характеристик вида: - ХН одномодового типа; - ХН комбинированного типа (однонаправленные и с повышенной остротой направленного действия); - ХН с подавленим бокового поля; - ХН с регулируемыми вкладами мод. Для обеспечения задач глубоководности предложена схема управления акустическими свойствами электроупругого рассеивателя при формировании ХН с регулируемыми вкладами мод забортной системы глубоководных гидроакустических устройств.
Thesis of the Doctor of Technical Science degree in speciality 05.09.08 – Applied Acoustics and Sound Technics. - National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2011. Dissertation is sanctified to creation of theoretical bases of calculation and planning of hydroacoustic devices with the use of polymodal transformers. In dissertation work the theoretical methods of calculation are created and the physical processes of tie-up of vibrations are certain in polymodal transformers. For the indicated types of electro-resilient objects the stationary hydroelectroelastics tasks are decided with the use of "functions of including of electrodes", which allow to take into account as a presence of the set number of electrodes of piezoceramics transformers, their geometry and character of including, so possibilities of influence of the activated fashions on resulting vibrations. As a result of implementation of numeral researches influence of tie-up and polymodal is certain on diffraction co-operation of receiving and radiative transformers, terms of electric ladening of separate elements of the radiative systems and feature of forming of spatial electoralness of the electro-resilient transforming systems. The analysis of theoretical results and their physical interpretation provided possibility of formulation of suggestions on technical realization of hydroacoustics devices with the use of polymodal transformers and systems.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.08 – Прикладная акустика и звукотехника. – Национальный технический університет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2011. Диссертация посвящена созданию теоретических основ расчета и проектирования гидроакустических устройств с использованием многомодовых преобразователей, а также определению технических путей их построения. В диссертационной работе созданы теоретические методы расчета и определены физические процессы связанности колебаний в многомодовых преобразователях. Исследованы наиболее широко применяемые типы электроупругих цилиндрических и стержневих тел, которые являються основой сооветствующих акустикеских преобразователей гидроакустических устройств различного назначения. Для указанных типов электроупругих объектов решены задачи стационарной гидроэлектроупругости с использованием “функций включения электродов”, которые позволяют учесть как наличие заданного числа электродов пьезокерамических преобразователей, их геометрию и характер включения, так и возможности влияния активированных мод на результирующие колебания. Решение указанных задач обеспечено разработкой аналитических соотношений и определением с их помощью закономерностей участия мод колебаний в формировании физических полей многомодовых преобразователей и систем, а также методов управления физическими полями многомодовых преобразователей. Расчеты проводились для типовых пьезокерамических колец и стержней, используемых в цилиндрических и стержневых преобразователях, выполненных из пьезокерамического материала ЦТБС-3. Цилиндрический преобразователь имеет диаметр -3 d0s=2r0s=2a=135×10 м и толщину стенки -3 h0s=6×10 м. На внешнюю и внутреннюю поверхность цилиндрического кольца нанесены электроды опредленного углового раскрыва 2γ 0s , каждый из которых нагружен на отдельное электрическое сопротивление [0; ] sm Z ∈ ∞ через автономный кабельный тракт. В качестве стержневого преобразователя выбран прямоугольный брус с размерами: дли на 2l =100 мм, толщина 2a =15 мм, ширина 2b =15 мм. Электроды нанесены на торцевые грани и через автномные кабельные тракты подключены к отдельным активным электрическим сопротивлениям Условия проведения вычилений бесконечных систем линейных алгебраических уравнений, соответствуют традиционно используемым в задачах волновой гидроакустики, количество членов рядов – розложений составляло ± 11, что обеспечило сходимость – не хуже 1%. В результате выполнения численных исследований определено влияние связанности и многомодовости на дифракционное взаимодействие приемных и излучающих преобразователей, условия электрического нагружения отдельных элементов излучающих систем и особенности формирования пространственной избирательности электроупругих преобразующих систем. Полученные результаты обеспечивают возможность комплексного решения современных проблем гидроакустики – технической реализации векторно-фазовых методов, максимизации коэффициента концентрации при заданных габаритах систем преобразователей и создания глубоководных гидроакустических устройств. При этом численно исследовались такие характеристики взаимодействующих физических полей как: акустические давления (полное поле, рассеяное поле), нормальная составляющая механических перемещений и полные механические пермещения точек поверхностей оболочек преобразователей, электрические напряжения на нагрузках электродов. Для проверки правильности сделаных на этапе постановки задач предположений и допущений, а также условий проведения расчетов - в работе представлены результаты экспериментальных исследований. Так, в результате использования импедансных методов и методов дальнего поля измерены частотные характеристики типовых многомодовых преобразователей, а также характеристики направленности для различных ситуаций электромеханической активации модовых наборов. Анализ теоретических результатов и их физическая интерпретация обеспечили возможность формулировки предложений попределению путей построения и технической реализации гидроакустических устройств с использованием многомодовых преобразователей и систем. Для обеспечения векторно-фазових методов предложено формирование на основе базовой колебательной системы (в виде пьезокерамического радиально поляризованого тонкостенного кругового кольца с нанесенными на его поверхность разрезными электродами одинакового раскрыва) - набора приемников n - го порядка, которые соответствуют членам рядов - разложений для акустического поля; Для обеспечения макксимизации коэффициента концентрации предложено использование схем формирования пространственнных характеристик вида: - ХН одномодового типа; - ХН комбинированного типа (однонаправленные и с повышенной остротой направленного действия); - ХН с подавленим бокового поля; - ХН с регулируемыми вкладами мод. Для обеспечения задач глубоководности предложена схема управления акустическими свойствами электроупругого рассеивателя при формировании ХН с регулируемыми вкладами мод забортной системы глубоководных гидроакустических устройств.
Thesis of the Doctor of Technical Science degree in speciality 05.09.08 – Applied Acoustics and Sound Technics. - National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2011. Dissertation is sanctified to creation of theoretical bases of calculation and planning of hydroacoustic devices with the use of polymodal transformers. In dissertation work the theoretical methods of calculation are created and the physical processes of tie-up of vibrations are certain in polymodal transformers. For the indicated types of electro-resilient objects the stationary hydroelectroelastics tasks are decided with the use of "functions of including of electrodes", which allow to take into account as a presence of the set number of electrodes of piezoceramics transformers, their geometry and character of including, so possibilities of influence of the activated fashions on resulting vibrations. As a result of implementation of numeral researches influence of tie-up and polymodal is certain on diffraction co-operation of receiving and radiative transformers, terms of electric ladening of separate elements of the radiative systems and feature of forming of spatial electoralness of the electro-resilient transforming systems. The analysis of theoretical results and their physical interpretation provided possibility of formulation of suggestions on technical realization of hydroacoustics devices with the use of polymodal transformers and systems.