Подводный излучатель

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 04 R 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (И„- = — ск

4л1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . (21) 3133682/10 (22) 16.01.86 (46) 15.07.93. Бюл. N. 26 (71) Центральный научно-исследовательский институт Гидроприбор" (72) Ю.А.Леонтьев, А.Н.Каськов, А.Г.Корель и П.А.Жилин (56) Справочник по гидроакустике под ред.

А.Е,Колесникова, Л.: Судостроение, 1982, с.

130 — 137.

Изобретение относится к морскому приборостроению, а именно к подводным излучателям, используемым для создания акустических колебаний в водной среде. B частности, они могут быть применены в системах подводной звуковой связи, геофизических исследованиях океана, дезориентации и загона рыб в куток трала, а также для защиты отдельных акваторий от хищных рыб (например, отпугивания акул от пляжей, от мест, где производятся подводные работы, и т.п,).

Известен подводный излучатель, содержащий вибратор в виде стержня, выполненного из пьезокерамического (либо магнитострикционного, с. 164) материала.

Под действием электрического (или магнитного) поля средняя длина стержня изменяется с частотой приложенного поля, причем основная (низкая) частота резонанса стержневого вибратора определяется выражением:,,5U 1827723 А1 (54) ПОДВОДНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ (57) Использование: область гидроакустики.

Сущность изобретения: устройство содержит вибратор в виде цилиндрической спирали с криволинейной излучающей поверхностью, выполненный из материала, изменяющего геометрические размеры под действием электрического и магнитного полей. Концы цилиндрической спирали жестко скреплены. 1 ил. где cK — скорость звука в материале вибратора, I — длина вибратора.

Подводные излучатели со стержневыми вибраторами, в разумных габаритах, способны обеспечить нижнюю границу частотного диапазона, равную десяткам килогерц.

Попытка расширения диапазона в более низкочастотную область приведет к резкому увеличению габаритов излучателя (например, для получения 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 изменять свои размеры под воздействием электрического поля. Вибратор данного излучателя выполнен в виде цилиндра (кольца). Изменение средней длины окружности цилиндра (кольца) приводит к возникновению радиальных пульсирующих или осциллирующих колебаний, передающихся в водную среду, Основная частота резонанса пульсирующих

1827723 колебаний излучателя определяется из выражения; ск

М< = —.

Rà (2) где R — средний радиус цилиндра (кольца).

Данный излучатель способен снизить низкочастотную границу излучаемого диапазона частот (а к) по сравнению со стержневым излучателем, при тех же максимальных габаритах вибратора, до частот порядка единиц килогерц, Однако попытка дальнейшего расширения диапазона излучения в область низких частот приводит к увеличению среднего радиуса вибратора, что, в частности, затрудняет его размещение в подводном носителе. (Например, для обеспечения f = 500 Гц, R = 1,3 м, при ск = 4000 м/с).

Цель изобретения — расширение диапазона излучения в область низких частот без увеличения радиуса кривизны излучающей поверхности.

Указанная цель достигается 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 излучателя, Подводный излучатель состоит из цилиндрического металлического корпуса 1 и размещенного на этом корпусе вибратора 2 в виде цилиндрической спирали, Вибратор состоит из набора прямоугольных призм 3, выполненных из пьезоэлектрического материала (например, пьезокерамики ЦТБС вЂ” 3), электрически соединенных параллельно, закрепленных с помощью клея на подложке

4, имеющей форму спирали, Подложка 4 с помощью "башмаков" 5 крепится к жесткому корпусу 1, в результате чего обеспечено жесткое закрепление концов спирального вибратора относительно друг друга. На торцах корпуса имеются фланцы 6, на которых закреплена цилиндрическая упругая оболочка 7 (выполненная, например, из резины), закрывающая наружную поверхность вибратора 2. Объем между оболочкой 7 и корпусом 1 заполнен малосжимаемой жидкостью 8 (например, минеральным маслом), обеспечивающей выравнивание внутреннего и гидростатичеР с.

R 2К (3) где К вЂ” число витков спирального вибратора, ск — скорость звука в материале, R — средний радиус.

Первая изгибная мода колебаний имеет частоту

40 . (4) 45 где h к- приведенная толщина вибратора.

Частота первой изгибной моды для двухвиткового спирального вибратора (К = 2) получается из выражения (4) при

50 й) иск = 0,25Ьж N к. (5) Использование в подводном излучателе вибратора в виде цилиндрической спирали, концы которой жестко закреплены относительно друг друга, обеспечивает расширение диапазона излучения в область низких частот. Так из сравнения выражений (2) и (3) видно, что основная частота первой продольной моды колебаний вибратора в виде ского давлений при погружении излучателя на глубину.

В другом примере выполнения вибратора в качестве материала, способного изменять свои геометрические размеры пор действием магнитного поля, может применяться магнитострикционный материал. B этом случае вибратор представляет собой цилиндрическую спираль из железоникелевого сплава, на которой по ходу спирали размещена обмотка.

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

15 вибраторе возникают продольные и изгибные колебания. Поскольку концы спирального вибратора жестко закреплены башмаком 5 на корпусе 1 и не имеют возможности относительного перемещения, 20 продольные и изгибные моды колебаний перерождаются в радиальные колебания вибратора, превращая его тем самым в пульсирующий цилиндр. Колебания вибратора 2 через упругую оболочку 7 передаются в воду, Как показал анализ, основными (низшими) формами колебаний вибратора являются первая продольная и первая изгибная моды.

Первая продольная мода колебаний

30 имеет резонансную частоту

1827723

2.7 hx ск (d ик = = 2,7Ьж й) к ° (6) Составитель И,Игумнова

Техред М.Моргентал Корректор П.Гереши

Редактор B.Òðóá÷åíêo

Заказ 2362 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 двухвитковой цилиндрической спирали в 4 раза ниже той же моды цилиндрического вибратора.

Величина снижения частоты при работе вибратора на основной изгибной моде, следует из сравнения выражения (5) для двухвиткового спирального вибратора с выражением для цилиндра, получаемым из формулы (4) при P = 2. Это выражение имеет вид

Из сравнения 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 продольной моды колебаний, радиус спирального вибратора составит 0,35 м, для частоты f =

=500 Гц. Это обстоятельство позволяет создавать мощные низкочастотные подвод5 ные излучатели с габаритами, позволяющими их испольэовать как в якорных устройствах. так и в самоходных или буксируемых гидроакустических устройствах.

Формула изобретения

Подводный излучатель, содержащий вибратор с криволинейной излучающей поверхностью, выполненный из материала, 15 изменяющего геометрические размеры под действием электрического и магнитного полей, отличающийся тем, что, с целью снижения резонансной частоты, вибратор выполнен в виде цилиндрической спирали, 20 концы которой жестко скреплены.