Низкочастотный продольно-изгибный электроакустический преобразователь с плоской излучающей поверхностью тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

РГ6 од

" > акадошнаукшит

Институт гидромеханики

Па правах рукописи

Цякимн ¡фИИ Владимирович

ИШвЧАСЗШШй Г^ДО.ШЮ-ЮГ/й(ы : йШШЮШСПгаСШ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПЛОСКОГ» ШВШИССШ)

Специальность 01.04 Об - акустика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1993

гьиатл выполнена в Институте гидромеханики АН Украины.

Научный руководитель - доктор фиаико-иатематических тук,

старший научнид сотрудник Вовк И.В.

Официальны» оппоненты! доктор технических наук, профессор

Лейко А,Г.

кандидат технических наук Москаленко A.C.

Ведущие предприятие - Киевский политехнический институт

Зшцггга диссертации состоится " и/Ли Л 1993г.

в /4"чае. на заседании специализированного совета Д 01.04.01 в Институте гедромехшшии All Украшш по адресу: ¡¿Б2057, г.Ккзб--Б7, ул. йелябова Ö/4.

С диссертацией ыожно ознакомиться в научной библиотеке Института гидромеханики Ali Украины.

• Автореферат разослан " 'А * _ 1993г.

Ученый секретарь Совета кандидат технических наук

М.Ю.Константкнов

ОБГда ХАРАКТЬЛ'СЙ КА ДКССЕРТ/ШШ

Актуальность тем, йоирне низкочастотные о л е к тро а х ус т и-те о -кйо гто-зобрааователи г-?, основе пьеооз^-екта нахэ£ят псе орлее широкое ьртзкехке в различных областях науки, ?с>э»ккя, лромиш-лс: тоета. прачхнекга пьа.зопреобрлйоватчлэн й гидроакустике, морской гесразЕздке полазите дакслаешх, океанологически ис-екядоигшиях, а *дкже их тепольпогаяи« дад чксенси>ку&сип техно-яогетиескях процессов промлвтсиного проиаводетза обусласкипшот рнд продьимяешх 1' ним т-гдатаских требоааигЛ. К числу последних следует отнести воьнсл'иость э с-«тясного излучение 0 облае-та достаточно низких частот при обеспечении мин;-а,яяьн.»х мяосо-габарипаа н удовлетворительных прочностных хврлятерястик гре-образогтгелол. йыпэгненке отлх требовании в рныкъх ■грздицгап'ык гсгютрукпуй- - стержизвих, цилиндрических и кэгиСгп'х л^ообрчэа-гателей оказшзастгя л раде случаев практически нероалы>у»мои г^дачзЧ.

Сбоор литературы ;ю низкочастотным \:сто'':я:;пш с луку, почиет.,-*, что псоблеиа создал ил мощных низкочастотных преобразователей является чреэвкчьЧяо сложной маучно-технхиеской аьдачг?., кя.щг'Л еапосяоптгль ное экачснае, что обузлывлмз&ет необходимость глус> »кого алааиэя. г>аюно::ечкостей и (Д; г злее к их принципов, 38наа.ъ1г\>сшк в схеыу построения преобразоп&геля, »'нтеискБЧыа ■лс-ледо' -.ти по данной проблема аеяьсь в теедтдаэ последних ЗУ лет. Ргил^с-нш сферы пр»ыйнен;ш киэночлстотиой ¿«аховей тмяи-ич требомц!? создания зее бодез мопцшх ньяуящмх средств и оспоешст диапазона частот от неькохыгкх десят^ос до сочен герц. В гт!гс условиях идеи соэдадич продолыю-кьгкбноте лдооакусМ" •гэсксго иое<д$ра аовадгздя охшдо&въ, гак пок&зкв&вт вреш:, гсшбо -лее гуздо-гиариоЗ!. 11овцд«юму, йкервке во шдьинул Х-У.ТоиЛ'? в 12-33 гэду. !^.«дзох'зкнал ик схема построения гфеобрз^орс^слг« (си. ркеЛ) г^едпол.кгаян к&лн^иэ двух осноюзых узлор - активного сдас. ^ (пьезекерамического стеужя) и прочной паеспэ-

ной крм&илинеЯпой (овальной) излуадиирй оболочки. Сопененко ртйх уздав в ьдюу® конструкций позволяло трансформировать ыа-внв лродолышв колебьния пьеассгеряня г низкочаототнко изгиб» г* колебания оболочки относительно болыдай амплитуды. Именно лмв-

Рис. I

f*

fcö

r~

f 2

...L

3

та"

y-pr—<

Рис. 2

няе усиления аагдитуци ханебонкй обеспечило гч^октгвнсе использование преобразователей подобною типа на низких частотах, так как гри колеи значащи акустического шледансл добиться увеличения изяучагцей «опрости можно только за счет роста амплитуды колебательной сясростх, т.о. согласования: шханачос-кого и а?устииесЕо.го илпедансов преобразователя. Больший вклад я расрктиз данного кадравдения дсихвдог^гил внесли такиэ учета как Н.С. Ноуез, £.8., &.А.6п'дЬлт „ М.Тк&оН »ХОЯ^Сп , Г,£.Львовскал, К.А.Ластквка и другие.

В настоящее время пр&офазов?.телм, нринцип дойстлия которых основан на сяойстго криволкнййяой сбааочкк усиливать одну из аокпокент "связанных" колебаний, пифого искользузтся на практике,

Обтадая рядом неоспоримых достоинств, опадыша ярэдольно--изгябнк© преобразователи ке лмгана и существенных недостатков. Одним из наиболее значительных недостатков является ьодеткя т. криволинейной ободочке противогазных участяов колебании, яото-рые в реальные конструкциях 5анлмают 25л нэлуздгцей поверхности, что, естественно, приводит к значительному сшиен:го эффективности излучения за счет акустического короткого вамвзса-ния. Остальные негативные сторо.чы овального преобразователя определяются конструкттеьшя особенностями и уролнем совреиен-кой технологии. Тая, аалркмео» в яигература аэ гстрочамся опасения продояьно-иэгибкых конструкций с твршфиии сочнененпеы пьезосторния и криволинейной оболочки, ¿'зегяо® еэтяенекме этих углов и гиачктеяьной изре повышает решалинуг частоту преобразователя в ц«ом. Креме того, гтаеткчеекз рееяиауем&я овальная оболочка, когда соотношение миной и больсой полуосей яшот более высокую частоту первого рвзокаяса по сравнении о предельно сплюснутой оболочкой й(8~0\ что г?аюе способствует поаншнкю рвеокапстой частоты преобрч&озатэля. Енд-дш ш этим пркчикш в яювратуро отсутствую! опяселжя продолько-ызгабкых калучателей рассэетвзоых на частоты ьеяее ** 400 Гц.

В настоящей диссертационной работе »аяэжеш результаты мп-следоваякй новой схемы построения гфодольно-изгкбкого мектро-акустнчвского ггреобрааоввтедя с плоской еэлучвкцгй поверхностью, который « определенно«! стелек* свободен о* яадоота.-ков предоест-

яуодих конструкций а обладай? более низкой рвзоггагссной частотой при насколько улучи?кшх мчсвогабьрвгньос хар&кздркстггках.

Цель цл'Зг.та.. Разработка молодев расчета осмовкга плою'ро- ' мюашдоскнх и акустических характеристик плоского прододыю--изгибиого ггрво-Зра&огатег?., построенного по тъък кмц.ьмичес -ной схе*». Зкстерздвятозьшш одэняа степени мв&кьатности по-строегаой катемдги-гескоя ыододи реальной консгрукцик преобразователя. Получение иаходшх дакшх для рационального проемгиэо-вэлчя прс-обрагютзателий подобного типа.

Научна* новизна. ОХор^лироШ'Яй мнтеютгктескик модель и решена озд-чп о сьшуждекк'гх колобен;гг< плоского \чреоС?раао£ате-лч в вакууме. У.эучэш закономерности присудив нреобразоритедю док-га го ч'.йих и установлены кслкчзствегша© связи ыаеду £иэиио--шханячускши ссоистьеыи >-.а?ер»этлоа, гоойитрнчэскил;! разиера-мк элементов конструкции преобразователя к ого олектромехски-чс-стпг х&рактерисгикши. Разработана кегодн о?;снки акустического поля, соядакземогс пресбрапола-гелеу с составе беечолоутоа шгтежоК решетки и одиноком преобразователем в условиях сво-> С^ишго поля. Установи®* коли^ствекнге езязи ыезду парэяегра-ми злеийитов уокетрукцнк преобразоплтедя и его акустическими характеристиками.

Практическая ггшость дтосеруации. Получана исходны? данные для рационального проектирования продолъкз-изгиЗга^: преобразователей с плоской излучаирй поверхностью. Результаты дяоебртьц;:ошпй работу внедрены Ш1 "¡¿311" в практику проектирования •.тродолъио-иэгибнш; вибраторов для строительной прокшяен-иости.

АгггюоУяцпр голучетде раауаьтатор. Оснопше результата диссертационной работы доычдывались и обсуждались на гаседонкях 1У Республиканской школи-сеьткара молодых уиеньяс и спзци&листоэ по теоретической к прикладкой гедромеханкие в г.Алуита (1990г.), на XI ЕсосоймюЬ пкуст/ческой конференции в Москве (1951г.) и иа Республиканской сеыинаре по гццрошханике под руководством чд.-корр. АН Украины В.Т.Грннчзако в г.Киев (КФЯг.).

Структура и обт,ем диссертации. Диссертационная работ сос- . той? из введения, 4-х разделов, заключения и изложена на /¡$3* яиотбх машинописного текста, & такса включает 41 лист иглюстра-

цкй и список литературы яз 72 наименований.

СОДЕРЖАНКЕ ДЙСШТАЩ!

Во введеняи приводон обзор япггзрАтуру по рапси&яригамгой проблема и обоснована актуальность вхй'раяной и^ш, ош».ган научаемый объект я сфг>р»улнровгка цель работе, определен круг гада1? и крахко изложена содержал,» диссертации по раодвя&и.

В первом раздое приведена схема построение (см,рис,2) к налоге» принцип действия предлагаемого продольно-иэгибаого алектроанустичзского преобразователя, холебатздьная система которого состоит из пьеэостержня и 2-ух П-образких оболочек, функционально П-образная обадочка разделяется на део части -«аиучаЕцую пяастшу к рьг-гаги. Преобразование продольной де/.ор-и&ции етатия-оастяжения пье-зост>зраля I в деформации изгиба излучающих пластин 2 ос^ествянется гри помощи рычагов 3, гап--ннрио соединенных с торцами пьезостержкл и жестко закрепдешагх на концах плести:}» Задэдиынг является ¿иэнчяснкз характеристк-ки материалов и геометрические разыерп олеиекгов копгглуацил, и также электричееиов натряжзн/а и , подаваемое на елвотреда пьеэостержя. Искомгааи величичаш являются еобетвегаь® «г.схоты ялеэтрсизхашсцескоЯ колебательной системы преобразователя, его иипвдано, распределение скорости колебаний по длша пластины,

В об«5и веде решение поставленной задача основывается т совместном использований ди£фарелтг.альичх урезнзняй поперечных колебаний пяест;»ш и продольных колебаний пъвоостершя, при этом сформулированы условие, который пзз2сля£И связать э«н уравнения в свежему, иеобходатуп д»я режения поставленной оа-дачи. -

Дяч описания одедодозных предельных колебаний пьвооетертш использована кйасеичэская математическая ко/,егь. построенная в ярър,,.сложения о палых размерах попорашого сечения пьеэостериня па сравнению о его длиной-, что да^т роеиоаность пренебречь составляющими сад янарцнм вдоль осей, ортогональных основному на-граелеидав колебаний пьезоствряня. Вняуздеяша коле банк« П-обрсз-ной оболочки <мехрличевясй систем» пл^стюгь-ркч&г) ота&веяяся в рамках таории Ткиввш, при отом рычаги предполагаются идеально явстккм«, невесоныки, что шаволяе* сюстн евдечу о выкуй-

дггеьк колебаниях П-обрааной оболо»«:и к иедаиа о вдауядеишх ко.изйзнлях тарнтка опермй ¡цаасгккы, возбуждаемой на концах гармоническими монъсп/ти М-Р-И , гдэ Г - сига раовкваемая пьоэостеряяеи, / - длина рывдга.

Использование нетода собственных функций де.ег ьосмониость креобраэорать силтему д^вренциальгелс уравнений к бесиомовдой системе алгобраи^оскж уравнений, ко котогюк овределяотся ¡шшллуду собьтвепшх нод пластики и сила, развиваемая «орцаык ььезогторжня, Таким образом удастся найти выражения для ряда кскошх величин, СобетБонже (рсяоианснип) частоты колебательной систс::ы преобразователя определяются следующий транвазвдш-тнш ур&ьнением

его шханичбеки'л икпеданс -

коэффициент трансформации механической системы пдастаах-ручаг -

л/т> - щя - л/ ;

распределения еиецегиФ по длина пластики •-

сЬ

соз

ТьЖ

соя

к1-ру) .. 2

'Г

Здесь Р= , М - то^ -»яяктро-

мехяккческой трслх^ориощгл пиззостерпня, 4 - ь элю вое число изгибных колебагглй плестиад, д? - волновое «исию лродолышх иолзбаний льезостерглш > - здеирэмзханическоР.

связи пьезокерамики, - модуль иипздакса пьоэостержя,

- модуль импеданса пласт-ют, Л^ -1/2В ~ модуль ко.у^ици-онта трглс>;ор:/.'Цпи механической системы пяасткна-рмчаг, УС1/Р) - сгплктуда колебаний центра пластики, - аипдн-

туда колебании конца рмчага <торца пьсзос«л>жч), Ь - дяиня. пласгкш, £ ~ модуль Ьнга, Л - моизкт инерции лопере-ииго сечения пластины.

Полученные соотношения лозеолияи гюегрооть оквжзалентнуа электромеханическую с:;еку преобразователя к про геста чисдакдач анализ его электромеханических херактеркстк?., в результата которого установлено, что первая резонансная частота молебателъ-ной системы преобразователя расположена пеяду негоъок частотой рз&онанса ыоханхгсеекои системы пластина-рычаг п пор вой резоганской частотой свободного пьэоосгер'Шя (сл.рис.3). Рационально выбрав физкко-мечлническиэ я геометрические папамзтрч конструкции, резонансную частоту преобразователя /3 аокно сместить з область весьма низких частот, близгнх к частоте резонанса ^ мзхакичеокоа систеын пластин&-рыкпг. Распределение саещл-ний по длина излучавших пяастии нэ имеет лротивсфигкых участков вплоть до частота / ■.< 3/у . 3 обл&с-ги частот Сяизккх. к частота рееонанса преобраоовауал/* ферм, распределения скет/зкпй мало отличается о? форчщ полуволны синусоиды, различия мечучУ

форггачи нкаелиру,этся по мэре приближения частсти репеканса прз-обрязоватвяяс а резонансной частоте иоханглестой систеш кяаета-на-рычаг. П-оСразлан оболочка, кан механический тракс^оркатор смолений, каиболаа эЗДектиит з области нискях частот. Бе? мога-нтэскиИ зоэффкциэн? транс^орштш? сиж^гнкй существен») эавиеит от частота (см.рис.4). 1ькое' поведение кез^итдагм трансформации говорит о целесообразности лсполь?оргнил изханичяскзА сио-темм пластина-рычор для позкзгшьт агтйеной составлявшей шшедчя-са иагученкя ~Мег(}УЯц . которая на низких частотах,

как известно, кремне нала. Кмекно ямзике должного согласования импедансе» пресбразопателя я вившей есодн позволит обеспечить

Рис. 3

ефф?ктивкее излучение звука в области низких частот. Кроме» того, га счет механического коэ^ф^дкента трансформации кдб.тадоегсл рост реаитивней составлявшей шпедакса юлучения Jmiipj'^a)-^ , которая огределпется присоединенной :асесй внешней ерчда. Сус^а-стаетай рост присоединенной шеек неизбежно приводе к дошл-китаяьноиу сникеккю частоты резонанса лкустииесяи нэгруьчгэтогэ преобразователя.

Теоретически установлено, чуо потенциально войыожнкй дика-мкческий хооффицкент элек-громйханкческой ссдзк плосгого преобразователя в -fF раз квньде соотзетствукцай величины для материала пъезокерзмши, из которого изготовлен активный элемент преобразойатэля»

Во сторон раадеде диссертацконксй работы рассмотрена задача об излучении плоского преобразователя в составе бесконечной синфазной З'кдроакустпческой антешой решетки, которая «каиаа-лентка зэдапе о вьшуздекзшх колебаниях Хх'олуплешота гоеобраяо-вателя с акустидаской нагрузкой в вада шюско-п&рялледьноГо волновода с «акустически жесткими сте&камк, при отом изгкбяы® колебания пластины воэбувдакт звуковые волны, которые распространяются по аолноводу, Tama образом, заданными язлястся фнза-ческю паразгетри внешней среди материалов преобразователя, геомэтргкескхе размеры элементов конструкции к волновода, свойства стенок волновода, & также элекуричзскоэ напряжение, подаваемое на электроды пьезостеряня. Иекошага величинам« являются! резонансная частота преобразователя» его сумм&рюй шпедаис, акустическая мощность и др.

Решение поставленной сквозной задали (л рамках принятых рйнае предположений) основывается на испольвозании ди^фервнцк-вльвдх уравнений поперечных кодгбеяяй ягастикз, продохькнх колебаний пьваостержня, уравнения Гелшгояьца н соответствующих граничных условий. Благодаря свойству ортогональности собственных функций систему дифференциальных уравнений удается свести к оквдаалентной бесконечной системе алгебраических уравнений. В низкочастотном приближении эти даят возможность полупить решониэ задачи в аналитической форме и составить эквивалентную аквктро-мвханическую схему преобразователя о учетом акустической нагрузки (см.ркс.й). СтдичителькоЗ особенностью этой схем», но сгаачв-

ниц со схемой ирнобредоватвли б какууцз, является наличие доподнитяьньк элементов: октетнол

{?«' ~ §-3р»сЛя ^ (Ь)

к реактивной

се)

составляющих шпеданса излучения. Здесь , С, , £ ~ плотность, скорость звука и волновое число внеглей среда, ¿о - модуль кшедпнса получения, - плодадь иьлучеюцей поверхности пластины. Бее сста*ыме элемента схем нцаьткчни. Такш образом, а обдаст»? низких частот сквозная агдача об излучении звука, плоский продольно-и&гибьш праобреоователем шкет быть раздельна на две части: олегтром£:а\ннчес1£уа к акусгичвекув, что обес-пачкваот бозыояиооть расчета характеристик дреобразоватсля с достаточной для практических целей точность», й результата Ч1ю-локнокз анализа узтакгвленс«, что резонансная густота рреобразо-ьйтоля в. составе бесконечной син^злаи антенной решетя (/р ~ 0,97& ) шло отличается от резонансной частоты преобразователя ь шкууш . Это обусловлено крайне малой величиной присоединенной массы ьютзЬ среды. Максимум иглучеиия наблпцг-егоя на частоте Тта^ ^ ^/з ' гщач1га8ЯьНЭ бодее низкой ч«и резонансная. Такоо явлзнка характерно для колебательных скоте« с частоткоь&йисьма* коо£фицквк*ои демпфирования. Б данном случае значительное ентеит { ~ 4БД) «асуотч иакоыуыа излучения (гракгкчэсчи до частоты первого резонанса ¡¡-образной оболочки в вакуума) обусловлено нр столько присоединенной кассой внешней среда, сколько существенной частотной зависимостью акустического ичледанса преобразователя,^приведенного к уеханичэской стороне рквиававентней гхомы Ри~ ($1). Относительно больпая велкчина активной составляющей импеданса хшучетш преобразователя обуславливает его сравнительно киэку® добротность ).

В третьем раодела работы р&есметрака задача об намучен;«; еэука одиночная га-о схим хфодохшо -нггиСяш! прзобраооаатолем ¡? условиях свободного ахусткчоскогс» поля. Как н в иредццуцгн слу-vs.0 стаогк«я ¿?адач& об ижуьскш зг,ука. шюсккм npecupsaomv/tf-лон может быть разделена ва два части: электромеханическая {ретеииэ которой дано в пэрзоги разделе диссертации) и »густи-ческую,

СопреуеиГа'й шарыо гифоакустичэскз;© излучатели» как iтравило, состолт из нескольких вдекгкчккх блоков, при этом кх общая высота И аначительно преЕоехсдит наибольший продольный размер блока L . В этом с?увде соотношение габаритных раиые-роз плоского преобразователя L/% &Н/ЯЪ> 1 , где Л -

длина изду^аекой эву:соБой полны, .¡.актичбеж! позволяет пренебречь гооац;<ноК преобразователя ( Q£ ) к'овеет» акустически часть злдача к плоской аадаед Немана сб иапучекии звука полосой с неравномерным (хос:жусоэдадышм5 распределением схоросги по щирше ( Л ) в полупространство, ограк'лчокноб акустически жестким экраном (си.ркс.б). Здесь пздаикыик является гэоте^и-чеекке разыарн излучающей поверхности I, распределений скорости колебаний по шир*ие полосы к физические параметра внешней среда, заполнягг;ей полупространство, ог-р&кквднкое акустически кесткш бесконечным экраном Ксгсокмш величинами являются квягадене излучения, дтграша направленности и характэрястякп звукового пол у (дагщениэ, акустическая мопрость и др.). Поставленная еа-дача, в принципе, может быть ре/геш различными штодпии. Наиболее удобнши, с точки зрения получения гналкгичзских выражений в явном ввде, япляхтся: 1юд1фйцированный ютод частичнюс областей и метод интеграла й'урье. Первый используется для описания блишех'о поля к расчета импеданса излучения преобрззопаттп, второй - для описания дальнего поля я расчета диаграммы шшрзя-ленности.

В рантах метода частичных областей основным моментом при решении еадач хшздцй pas выступает вопрос о разбиения всей об- . ласти существования акустического поля на подобласти и построении в каждой из них общего решенхя уравнения Голшгохьця, прк~ чем представление потенциала скорости звукового погя додяко удовлетворять определенным условиям на заданных поверхностях.

1JX) ZM\ IM)

¿U't

)K

Hi

Рис. 5

Б двнисм случае тюлупросч-рглство целесообразно разбить на дю» подобласти, как* ото показано на рис.6. Такса разделение полупространства на подобласти абс-спучивоет возмойскэсть построения •ретений уравнения Гйльмгодьиа заведомо удовлртворйщнх гранитному услэв.'ш ка полосе с условагл сопряжения полей ка грнзшкхх подобластей. 5ти условия образует оотасутув систему Функциональ-. нагх необходимую для режкия коставленкоа задачи

потечциалк скоросгя звукояого под.« в подобластях I и ?, соответственно, iP0 - амплитуда скорости колебаний центра голоск, R , ^ , X » у " цилиндрические и декартовы яоординатк, J)gf} ,

, Cgr^f - искомые комплексные вмллитудкке коэффициенте, М , т 3 * О, I, 2 ... - индексы, Hgrn - функции Гаикелт 1огорада, Ффщкя Бесселя. (2ЭН)Я/<?1?а , -

пропиши волнового числа на оси декартовых координат. Бос-пользоЕввжсь методом собсчгенккх функций, указанную систему фуигппдооя&яьнкс уравнения нетрудно свести к бесконечной системе влггбр&ич&ских урапиекк.4, оттуда спроделуктсл искоь&е амплитудные KOsi&HnraKVtt, пселе чего нгпедане излучения полосы «ожот быть определен по формуле

(7)

Здесь

ф3 = 1 OaSolgsX

•iиГо 3n Sn

где * У- рас-

пределен«* колебательной суорости к давления, соотвлтствонис» по шкриие полосы, рв - плотность внешней среда, и) - круговая ч&сго1а„ этой в области кизккх чаогот ( ) ахткв-

к&я ы реахтизи&я сос?а!штщив нормированного шпедьнса излучения волосы (2и ¡2е ) яредсхавяястгь схедуицямя формулами

(9)

рек, у в т

Посредством метода, осноиешого к& использовании интвгре.-ха Фурье, дальнее поле ( ) преобразователя ояжагоавтсе

выражением

¡(%Ш4)

Л

е

(и)

а «го диаграмма направленности вкчисляэтся пс формула

т ~ т,о) ■от/?)*- ст<Г«Р>3 .

Приведенные вюю результаты исследовмпй! поовплягт янясл-нить асобхэдичи* расчет» ояустичоокмх и адектроиехишчвсхях характеристик одинокого плоского пр*лэбр£.50вь.теля е построить его экзявалеитну» электроне хаюпесцую схечу, которая совпадает во схемой протэденноМ на рт.5 о учетом того, что фориуы дек состаааяицих импеданса излучения имея- другой вцц р^Ео'

В реаультвм численного анализа установлено, «то резонансная частота преобразователя в условиях свободного акустического воля 0,71 находится значительно нта? частот резонанса преобразователя и вакууие ^ я мало отличается от частоты макск-

мума. иавученяя }тС,хъО,в. Ъжътеяънсъ отлит ( ~ 20,1) резонансной честота и ссотзегстмнко частоты каксмг^узда, изяучо-иш «буедовлсно еслкчйиой реактивной сост&ьлк:кбЛ к«в»дкн<;& иаяучйкия ¿и) кохоршг ¡ро:юрцааи&пыиа произведений присоединенной массы ьней&гй среда та кзедрат в^.^мГкЖ'а механической транс^орьяпиа излучатарй оболочки. Б данной случае«, гри стносителыю иахоЛ величию прдазедккегеюй сиидегдоэ

резонансной ч&лтоты достигается за с«е? больилп) хса^^ш^^нта кехаяическсД трансформация. Добротность одиночного паеобркзова.» теля, при волновом размере I <ь 0.085*- , находится на уровни С? . /до сравнения укояем, что преобразователи Чф&ркаттехк' типов (старгневчо, 1?,ияундркчэскиз) шеззт гакуа £с-л»теа!у добротности при существенно бол шеи характерной размере А ~ 7)Л. Здесь сохрааенка дос'ротнэсги на правка«' уроана, пря регкоы у14ены:ании волнового разь«ра, обуславливается большой вблкчииоЯ коэ^кгайнта механической *рака£ормагда« По сравнению с и-звес*~ ни/и сиадогаым, плоский продолыю-иггибвый преобразователь, ааншал значительно таиьаий сСьен, обладает более низкой резонансной частотой (вплоть до десятков герц) и требует существе»--но ызпкзего напряжения олектропигаяня при тоы ав уровне развиваемого эёуювого давленая.

Е нош,а раздела, приведены сведения, необходилге ддя рационального щюекгщавгтя преобреаоявтел®«» подобного типа., установлены холичественнш связи ¡геаду акустирасюам, эле:<тро>'3лони-часьчсй< характеристиками преобразователя ц физжо-мйхйнкческаш, геометрическими парелзтоаки оладантов его конструкции.

Б у&твергом раздела джсертэихи «шжйиьг результата экспэ-ркиентальнже исследований характйристчк пвоакого преобразователя- Ссдашой :цельв предпринята* оксперишнтадыих исследования был о ¡выяснение степаки адагватнесги разработанной математк-чесисй »едгли поведении реальной конструкции преобразователя, поскольку некоторые предпэло2се.чил, свясчйэянав в основу иатештк-ческой модели, достаточно вдеазизироегш. [Доведенные исследования показали, что сделанные рамм предпакдаекия, в. частности относительно рьгчягса (ся.рис,;?.), аполне пртяжнеш ш грытшз, однако дя™ ковыиеняя точности расчетов основных х&раятеркс?:« преобразователя его матеааткчееяйя модель додана учитывать пара-

мегпи некоторых второстепенных элементов конструкции. Это шспо-дынс металлического отердия, ершздст.чго пьззеьзраыкку0 а импеданс иариирнах опор, соедикяюцкк ььоэог.теркекь н рычаги. Учет парсахtреп откк олеиэнчгов поаьоляет еккакгь погрешность росчэ-та со.Чстеггшда частот яреобраэсмнтеда до величины не превший»-' щей IJ», а его коэадицтента рлектроиох&ничесь'ой связи до » Юд. Другие е>слсыогателый«в zscvemx ьоштрукции практически не влм-я*л на харак7вристгля преобргйоватоля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Осиов:г;о результаты, полуденные ь рамках настоящей диссертационной работы, сгодятся к следующему:

1. Нредлопэна ноз&ч сяоиа построения Г1р!?доли1(>-изгибу.аго ожкггродкустического прзэбраъоэатео с гиосной нслучшпцой поверхностью, котории ърачткчейкк на к^оет рроткио^ачнях участков, кслебаггиз на ис'лучтге;1 ювер>?юсти и o<L:ep,oov более явокой (вплоть до десятхоа герц) рсзоьанслол частотой по ерлиючи» о KaiiocTi№4 конегруюушш при улучке-нн^х оссот'айартн"/ харап-таритмах.

2. С] -'р^улкровека мате-:!аткпес1ля модель прообрааоватеал и полуют гна^итичоскив вырьязния, описюашке днняиику чго поче-дягак в сахуучв. На рснозе численного анализа вшшлени к изучены количественные св;:эи между ф кз ико-i.oхан:га о « счоЯствами ььтериалоЕ, геометрическими размерами олелгьгос конструкции преобразователя и его элеятрэивхаккчеакяш хяраK-repi'cvmwш, при это« установлено:

первая резотнсаая частота преобразователя расп»м:«к?ка между пергой частотой резонанса Д-обраоной оболочкч (ьзх&ккчзс-Koii скстемы пласткна-рыпит) и зерзой рдзон&нсной чыстогой пькза-стерши;

рационально выбрав физико-механкч-еокнз к гэсивтрлческид парамотрн элеиактоь конструкция кохно сместить частоту резэнаи-са преобразователя в область беляв низких частот, весьма бдиэ-Hitx к частоте резонанса ыглучаючеК оболочки;

форма распределения сиещеннй по длхне иалучахщей пластина мало отличается от форда полуволны емнуооцды;

петеш^кальио воеиожньД динамический коэффициент электро-

мехрмическок связи преобразователя в '{Т раз муньгсе соответствующей величины для штериала пьезо керамики из которого изготовлен активный элемент преобразователя (пъезостер*ень);

величина механического кот;;.,имиента трансформации изл>ча-ю:\ей оболочки (механической систеш плр.'стина-ричаг) существенно ¡зависит от частоты. .

3. Получена пкв«валентная электромеханическая схема преобразователя, которая позволяет 06.101 чить анализ закономерностей присущих преобразователю.

4. Разработан метод рпсчета акустических характеристик преоС;рауаг:ателя в составе бесконечноьь плоской антенной реп»тки. На основе численного анализа установлено 5

' шнедпнс излучения (акустическкА импеданс) преобразователя в составе решетки носит преимущественно активный херактер;

относительно большая величина активной составллыцеи импеданса излучения преобразователя обуславливает его сравнительно' низкую добротность ( й ^ 1,1 ).

Ь. На баге модифицированного метода частичных областей и метода интеграла сурье проведен расчет акустических характеристик одиночного плоского преобразователя в уеловате свободного поля, Иыявлеш и изучены количественные связи между уизиго-ыеха-ническиш свойствами материалов, геометрическими размерами элементов конструкции преобразователя и его акустическими характеристиками в условиях свободного поля, при этой установлено:

значительное енпкение частоты максимума излучения преобразователя < ~ 20,ь) г.э сравнении с его резонансной частотой в вакууме обусловлено в основной присоединенной массой внетаей среды;

максимум излучения реализуется при тех же значениях параметров плеиентов конструкции, что и максимум динамического коэффициента электромеханической связи преобразователя;

величина добротности преобразователя в условиях свободного поля существенно зависит от ^ из ико-механических свойств материалов, геометрических размеров элементов конструкции и находится в пределах \В .

6. Спроектирован и изготовлен действующий макет плоского преобразователя в котором использована оригинальная конструкция

шаршфов, соедкняицих пъезостержень и излучающую оболочку. Проведенные экспериментальные исследования показали соответствие фактических и расчетных характеристик преобразователя.

7. Получены обширные количественные данные необходимые для рационального проектирования преобразователей рассмотренного типа.

Основные результаты диссертации изложены в работах:

1. Вовк И.В., Цякшин В.В. Продольно-изгибшй ¡электроакустический преобразователь с плоской излучающе» поверлюстью// Докл. XI Всесоюэ. акуст. кок,.. (Москва, 24-ИЬ ишя 1991г.) - Ц.: АН1К, 1991. - Сепхия Р. - С. 17-20.

2. Иякаин Ю.В. Цродолыю-изгкбкьги электроакустический преобразователь с плоской излуча*/цей поверхностью е составе бесконечной антенной решетки/ Ки~т гццромех, АН Украины. - Киев,

1991. - 13с.: ил. - Библиогр.: В назв. - Деп. в УкрНКШТИ 04.10.91., * 1310-91.

3. Гринчешсо В.Т., Бовк 11.В., Иякшин Ю.Б. Излучение звука про-дольно-изгибным олектроакустическии преобразователем с плоской излучающей поверхностью// Докл. АН Украины. - Киев,

1992. - *Б. - С.67-61.

Подписано к печати ьч.03.1а93г, Формат 60x84/16 Бумага офоетная Усл.-печ. лист, 1,о.уч.-изд. ласт О о. Тираж юо, Заказ зге. Бесплатно

Полиграф.'уч-к Института электродинамики АН Украины, 252057, Киев-57, проспект Победи, 56.