1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Акустический журнал
  4. T. 69, № 6, 2023

Акустический журнал, 2023, T. 69, № 6, стр. 808-816

Сравнительные исследования вибромеханических характеристик компактных гидроакустических преобразователей продольно-изгибного типа со сложной формой излучающей оболочки

А. К. Бритенков a, b, *, М. С. Норкин a, **, С. Б. Захаров b, ***, Р. В. Травин a, ****, А. В. Стуленков a, *****

a Институт прикладной физики Российской академии наук
603950 Нижний Новгород, ул. Ульянова 46, Россия

b Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
603022 Нижний Новгород, пр. Гагарина 23, Россия

* E-mail: britenkov@ipfran.ru
** E-mail: norkin@ipfran.ru
*** E-mail: zacharov_cergey@mail.ru
**** E-mail: travin.roman.nn@mail.ru
***** E-mail: stulenkov@ipfran.ru

Поступила в редакцию 13.05.2022
После доработки 10.03.2023
Принята к публикации 16.03.2023

Аннотация

Разработка компактных гидроакустических низкочастотных излучателей высокой удельной мощности связана со сложностями, обусловленными противоречивыми требованиями к габаритам, КПД, излучаемой мощности, ширине рабочей полосы частот, технологичностью изготовления. Для компактных излучателей габариты корпуса ограничивают возможность совмещения резонансов активного элемента и механической колебательной системы, что затрудняет их разработку. Компактный гидроакустический преобразователь продольно-изгибного типа с излучающей поверхностью сложной формы – “3D НЧИ” – разработан для масштабного моделирования и проверки теоретических расчетов такой конструкции, и при сравнительно малых размерах обладает высокой эффективностью. В работе приведены полученные при помощи лазерной виброметрии результаты измерений в воздухе колебательных характеристик двух различных по размеру и вариантам гофрирования титановых корпусов “3D НЧИ” и собранных излучателей. Предложенные конструктивные решения преобразователя с максимальными габаритными размерами менее 100 мм и весом примерно 1 кг обеспечивают чувствительность по напряжению около 1 Па м/В в рабочей полосе частот и основной резонанс в диапазоне 1–2 кГц. “3D НЧИ” обладает высоким значением коэффициента механической трансформации и использования присоединенной массы, а также имеет ряд других преимуществ по сравнению с аналогичными разработками. Показано, что различия в размерах двух представленных излучателей на 10–12% и геометрии излучающих оболочек (12 и 16 волн гофрирования) приводят к различию измеренных в воздухе резонансных частот (4.0 и 3.5 кГц соответственно). При этом излучатель большего размера обладает меньшим разбросом значений механического коэффициента трансформации по гребням и впадинам корпуса, а также более плотным распределением спектральных компонент за пределами основной полосы частот.

Ключевые слова: гидроакустика, телеуправление, пьезоэлектрический преобразователь, звукоподводная связь, гидроакустический модем, гидроакустический излучатель, лазерная виброметрия

Список литературы

  1. Yamoaka H., Kaneko А., Park J.H., Zheng H., Gohda N., Takano T., Zhu X.H., Takasugi Y. Coastal acoustic tomography system and its field application // IEEE J. Ocean. Eng. 2002. V. 27. № 2. Р. 283–295. Электронный ресурс. https://doi.org/10.1109/JOE.2002.1002483

  2. Munk W. Acoustic thermometry of ocean climate (ATOC) // J. Acoust. Soc. Am. 1999. V. 105. № 2. P. 982. https://doi.org/10.1121/1.425359

  3. Дикарев А.В., Дмитриев С.М. Гидроакустическое устройство. Патент РФ: № 2655702 МПК H04R1/44.

  4. Курьянов Б.Ф., Пенкин М.М. Цифровая акустическая связь в мелком море для океанологических применений // Акуст. журн. 2010. Т. 56. № 2. С. 245–255.

  5. Богородский В.В., Зубарев Л.А., Корепин Е.А., Якушев В.И. Подводные электроакустические преобразователи. Л.: Судостроение, 1983. 248 с.

  6. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. СПб.: Наука, 2004. 410 с.

  7. Бритенков А.К., Фарфель В.А., Боголюбов Б.Н. Сравнительный анализ электроакустических характеристик компактных низкочастотных гидроакустических излучателей высокой удельной мощности // Прикладная физика. 2021. № 3. С. 72–77. https://doi.org/10.51368/1996-0948-2021-3-72-77

  8. Шаврин С.А. Проблемные вопросы изготовления гидроакустических преобразователей // Сб. докл. I научно-практической конф. молодых специалистов “ИСТОК-2016". СПб.: АО "Концерн "Океанприбор”, 2016. С. 121–125.

  9. Mosca F., Matte G., Shimura T. Low-frequency source for very long-range underwater communication // J. Acoust. Soc. Am. 2013. V. 133. № 1. P. EL61–EL67. https://doi.org/10.1121/1.4773199

  10. Боголюбов Б.Н., Кирсанов А.В., Леонов И.И., Смирнов C.А., Фарфель В.А. Расчет и экспериментальные исследования компактного продольно-изгибного гидроакустического преобразователя с центральной частотой излучения 520 Гц // Гидроакустика. 2015. Т. 23. № 3. С. 20–26.

  11. Бритенков А.К., Родюшкин В.М., Иляхинский А.В. Исследование методом акустического зондирования физико-механических свойств титанового сплава Ti–6Al–4V, полученного методом послойного лазерного сплавления // Mater. Phys. Mech. 2021. Т. 47. № 1. С. 139–158. https://doi.org/10.18149/mpm.4712021_14

  12. Бритенков А.К., Боголюбов Б.Н., Фарфель В.А. Электроакустические характеристики экспериментального преобразователя продольно-изгибного типа со сложной формой излучающей оболочки // Ученые записки физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. 2020. № 1. С. 2010106-1–2010106-5.

  13. Buchhave P. Laser Doppler velocimeter with variable optical frequency shift // Opt. and Laser Technology. 1975. V. 7. № 1. P. 11–16.

  14. Бритенков А.К., Боголюбов Б.Н., Дерябин М.С., Фарфель В.А. Измерение электромеханических характеристик компактного низкочастотного гидроакустического излучателя сложной формы // Труды МАИ. 2019. № 105. С. 1–24.

  15. Стрельченко С.С., Лебедев В.В. Соединения A3B5: Справочник. М.: Металлургия, 1984. 144 с.

  16. Вовк И.В., Мякшин Ю.В. Низкочастотный продольно-изгибный преобразователь с плоской излучающей поверхностью // Акуст. журн. 1998. Т. 44. № 3. С. 337–343.

  17. Андреев М.Я., Боголюбов Б.Н., Клюшин В.В., Рубанов И.Л. Низкочастотный малогабаритный продольно-изгибный электроакустический преобразователь // Датчики и системы. 2010. № 12. С. 51–55.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Акустический журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал