CC BY
76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ANSYS. Theory Ref. Rel. 5.4. Ed. P. Kothnke/ANSYS Inc. Houston, 1997.
НЕКОТОРЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В РАЗРАБОТКЕ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
В настоящее время в гидроакустических антеннах широко используются стержневые электроакустические преобразователи.
В диапазоне частот от единиц до сотен килогерц применяются трехкомпонентные колебательные системы, состоящие из активного пьезокерамического стержня и двух пассивных накладок - излучающей и тыльной. Из преобразователей такого типа формируются круглые, прямоугольные и цилиндрические решетки. По такому принципу построены многоканальные антенны рыбопоисковых станций, выпускаемых ФГУП «Таганрогский завод «Прибой»», таких как «Сарган», «Угорь-Р», «Таймень», «Лещ-М».
Трехкомпонентные стержневые электроакустические преобразователи позволяют формировать антенны с любым межцентровым расстоянием между преобразователями, что невозможно обеспечить цилиндрическими электроакустическими преобразователями.
Антенны, набранные из стержневых преобразователей с накладками, имеют высокую электрическую и механическую прочность. Электрическая прочность обеспечивается за счет заполнения герметичного корпуса электроизоляционной жидкостью или газом, механическая прочность - армированием колебательной системы болтовой стяжкой.
Отсутствие в колебательной системе полимерных герметизирующих материалов обеспечивает высокий к.п.д. - порядка 50-70 %.
В настоящее время в связи с широким внедрением в гидроакустические станции вычислительной техники появилась возможность использовать сложные сигналы с большой базой - произведением длительности сигнала на полосу пропускания
При соответствующей обработке сложных сигналов: когерентной - «КО», частично когерентной - «ЧКО» - отношение «сигнал/помеха» увеличивается на ве-
Для иллюстрации эффективности широкополосного сигнала с соответствующей обработкой можно привести сравнение эффективности обнаружения в мелком море модернизированного рыбопоискового гидролокатора «Лещ-М», в котором используется сложный сигнал типа ГЧМ с полосой пропускания 10 кГц и длительностью т = 20 цсек.
При работе ГАС «Лещ-М» в режиме гидролокатора со сложным сигналом обнаруживаются отдельные рыбы и косяки в Азовском море при глубинах 5-6 метров на максимальной дистанции. При использовании тонального сигнала экран гидролокатора «забит» реверберационными помехами.
В. Н. Душаткин, Е. Н. Слабоспицкая, В. М. Тагобицкий
ОАО «Таганрогский завод "Прибой"»
B=T-Af .
(1)
Применение обработки сигналов в гидроакустических станциях выдвинуло требование к параметрам антенн - обеспечение максимально возможной полосы пропускания при высоком к.п.д. антенны.
Полоса пропускания трехкомпонентного преобразователя определяется [1]:
- коэффициентом механической трансформации Кмл. (отношение площади излучающей накладки к площади сечения пьезокерамического столба);
- коэффициентом асимметрии (отношение расстояний от накладок до узловой линии колебаний);
- соотношением масс тыльной и излучающей накладок.
Для достижения максимальной полосы пропускания необходимо увеличивать коэффициент механической трансформации, коэффицент ассиметрии и уменьшать массу излучающей накладки.
Применение больших коэффициентов механической трансформации увеличивает активное сопротивление преобразователя (увеличивается амплитуда электрического напряжения), механические напряжения и неравномерность колебаний излучающей накладки.
Снижение массы излучающей накладки может быть достигнуто только за счет уменьшения ее толщины и использования материалов с малой плотностью (например, алюминиевый сплав АМГ), однако поперечные колебания изгиба накладки ограничивают ее минимальную толщину.
Чтобы добиться практического отсутствия влияния колебаний изгиба на форму колебаний на низшей резонансной частоте преобразователя, рекомендуется обеспечить соотношение: /и//р>4 - для преобразователей с круглыми накладками и /и//р>5 - для преобразователей с квадратными накладками (р - низшая резонансная частота преобразователя,/и - частота изгибных колебаний накладки).
При оптимизации всех параметров трехкомпонентных низкочастотных преобразователей удается обеспечить максимальную относительную полосу пропускания Л///ц (где/ц - центральная частота) не более 20-30%.
Частотную характеристику трехкомпонентных преобразователей существенно ухудшает крепление армирующей стяжки к излучающей накладке. Крепление приводит к снижению колебательной скорости в месте закрепления армирующей стяжки и появлению амплитудного распределения по излучающей накладке, спадающего к центру излучающей накладки (место крепления армирующего стержня).
Амплитудное распределение, спадающее к центру излучающей накладки преобразователя, приводит к фокусировке звука и появлению кавитации на поверхности излучателя при малых удельных акустических мощностях, снижению эффективной площади излучения преобразователя, уменьшению полосы пропускания и искажению частотной характеристики низкочастотного преобразователя.
Авторами предложена конструкция трехкомпонентного стержневого электроакустического преобразователя с пустотелой излучающей накладкой [2]. В рассматриваемом преобразователе можно расширить полосу пропускания:
- за счет снижения массы излучающей накладки без появления изгибных колебаний;
- устранения неравномерности колебательной скорости излучающей накладки, возникающей при креплении к ней армирующей стяжки.
На рис. 1 схематично представлена конструкция широкополосного трехкомпонентного преобразователя с пустотелой излучающей накладкой.
Пустотелая излучающая накладка 3 выполнена из двух мелких сферических сегментов, сваренных по контуру.
Пьезокерамический столб 1, набранный из пьезокерамических шайб, приклеен массой ДМ5-65 к излучающей накладке 3 и тыльной накладке 2. Колебательная система армируется стяжкой 4 и гайкой 5. Армирующая стяжка крепится к ниж-
нему сегменту. При такой конструкции излучающей накладки крепление армирующей стяжки не искажает форму колебаний излучающей поверхности.
В преобразователе с пустотелой излучающей накладкой могут быть достигнуты относительные полосы пропускания ЛШ>100%.
При этом резонансную частоту пустотелой накладки необходимо выбирать в центре, либо в верхней части частотного диапазона стержневого преобразователя. В этом случае пустотелая накладка колеблется равномерно, без противофазных участков, и расширяет вверх частотный диапазон преобразователя.
На основе рассмотренной конструкции можно разработать низкочастотные сверхширокополосные преобразователи - с относительной полосой пропускания ЛМ>80-100%.
При необходимости расширения частотного диапазона вниз или вверх по частоте в трехкомпонентном излучателе можно использовать резонансные свойства пустотелой сферической накладки.
Резонансная частота пустотелой сферической накладки определяется выра-
Рис. 1. Конструкция широкополосного трехкомпонентного преобразователя с пустотелой излучающей накладкой
жением [3]:
Л = ¥ 4-г к1+0,6('
+ 0,6(1 -а2\)
(2)
где /р - резонансная частота излучающей накладки; с - скорость звука в материале сегмента; ґ - толщина сегмента; а - радиус сегмента; И - глубина изгиба сегмента; ст- коэффициент Пуассона.
Как следует из выражения (2), при заданном диаметре излучающей накладки (обычно диаметр близок к величине 0,5Х на центральной частоте диапазона) управлять резонансом накладки можно за счет глубины изгиба сегмента (И) и его толщины (1).
На рис. 2 представлена расчетная частотная характеристика активного сопротивления трехкомпонентного электроакустического излучателя, состоящего из:
- пустотелой сферической накладки диаметром 225 мм, выполненной из титанового сплава ВТ1-0, с толщиной сегмента 5 мм, глубиной изгиба сегмента - 10
мм;
- пьезокерамического стержня, набранного из 14 пьезокерамических шайб ЛУ7.124.497;
- тыльной накладки массой 16 кг, выполненной из Ст.35;
- армирующего стержня диаметром 18 мм, длиной 210 мм, выполненного из стали 12ХН3А.
В расчетной схеме не учитывался резонанс пустотелой накладки, частотная характеристика рассчитана только для стержневого преобразователя с двумя накладками и армирующей стяжки.
Как следует из расчетной частотной характеристики, в рассмотренном низкочастотном излучателе обеспечивается относительная полоса пропускания ДЩ>90 %.
f/f0
Рис. 2. Частотная зависимость активного сопротивления трехкомпонентного электроакустического излучателя с пустотелой излучающей накладкой
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Подводные электроакустические преобразователи. (Расчет и проектирование)/ Под редакцией чл.-кор. АН СССР В.В.Богородского. - Л:. Судостроение, 1983.
2. БорисенкоН.Н., Душаткин В.Н., Кисилев А.А., Тагобицкий В.М. Широкополосный электроакустический преобразователь. Патент на полезную модель №41561.
3. Reissner E. On vibration of shallow spherical shells. J. App. Phys., 17,1038-1042., Dec., 1946.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ НА ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ОБЪЕКТАХ МАЛОСЕРИЙНОЙ ПОСТРОЙКИ
А. И. Горшков, А. В. Забурко, Д. Б. Паромов, Е. А. Свядощ
ФГУП «ЦКБМТ "Рубин"»
Проблема обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) оборудования, возникшая вследствие необходимости решения сложной задачи одновременной работы на морских объектах различных радиотехнических, электронных и электротехнических средств, становится все актуальнее из-за усложнения функций и состава оборудования, а также сосредоточения различных его видов в ограниченном пространстве.
Обеспечение электромагнитной совместимости на энергонасыщенных объектах (ЭО), особенно на объектах единичной и малосерийной постройки, - это обеспечение эффективной работы оборудования без взаимных помех, сбоев и снижения эффективности в условиях электромагнитной помеховой обстановки (ЭМО), харак-
