×
10.05.2016
216.015.3aac

Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к гидроакустике, а именно к конструкциям стержневых широкополосных пьезокерамических преобразователей, предназначенных для работы в составе антенн гидроакустических приемоизлучающих систем. Сущность: гидроакустический преобразователь содержит стержневой пьезокерамический блок элементов, тыльную и изгибно-колеблющуюся переднюю накладки, составной элемент армирования и стержневой элемент крепления, совмещенный с опорным фланцем, размещенным в узловой плоскости составного элемента армирования, и соединяющийся с силовым корпусом антенны. Передняя накладка выполнена в виде поршня с жесткой центральной частью в форме диска и упругой периферийной пластины. Армирующий элемент выполнен составным и разделен расположенным в его узловой плоскости опорным фланцем, жестко соединенным со стержневым элементом крепления, который размещается с зазором внутри цилиндрической части элемента армирования, выполненной в форме стакана и присоединенной к тыльной накладке. Дно стакана жестко соединено через опорный фланец со стержневой частью элемента армирования, присоединенной к передней накладке, а в зазоре между стержневым элементом крепления и тонкостенным цилиндром находится вязкоупругий элемент из акустически мягкого материала. Технический результат: обеспечение эффективной работы пьезокерамических преобразователей в широкой полосе частот до одной октавы с неравномерностью АЧХ не более 3 дБ при воздействии высокого гидроакустического давления до 15 МПа в воздухо-газозаполненном варианте конструкции. 1 ил.
Основные результаты: Гидроакустический преобразователь, содержащий стержневой блок пьезокерамических элементов, тыльную и изгибно-колеблющуюся переднюю накладки, элемент армирования и стержневой элемент крепления, соединенный с опорным фланцем, размещенным в узловой плоскости элемента армирования, причем элемент армирования выполнен составным, отличающийся тем, что часть армирующего элемента, обращенная к тыльной накладке, выполнена в виде тонкостенного цилиндра, через который крепежный стержень проходит наружу преобразователя и соединяется с силовым корпусом, а в зазоре между стержневым элементом крепления и тонкостенным цилиндром сформирован вязкоупругий элемент из акустически мягкого материала.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию стержневых широкополосных пьезокерамических преобразователей, предназначенных для работы в составе многоэлементных антенн гидроакустических приемоизлучающих систем автономных необитаемых подводных аппаратов различного назначения.

Именно пьезокерамические преобразователи стержневого типа получили широкое распространение как наиболее способные обеспечить высокую эффективность в достаточно широкой полосе частот в режимах излучения и приема, а также устойчивость к внешним воздействующим факторам.

Для сочетания в большой степени взаимоисключающих требований: высоких уровней излучения и КПД, и одновременного обеспечения пониженной чувствительности к вибрациям при воздействии высокого гидростатического давления до 10÷15 МПа, необходима предельная оптимизация технических решений, включая минимизацию массогабаритных характеристик преобразователя, что особенно важно для многоэлементных антенн гидроакустических приемоизлучающих систем морского подводного оружия.

Для расширения полосы пропускания в преобразователь обычно вводятся дополнительные согласующие элементы в виде четвертьволнового слоя (или системы слоев) либо в виде гибкой вставки и дополнительной массы (см. патент США №4633119). Такие колебательные системы с двумя степенями свободы имеют, как правило, двугорбую частотную характеристику с рабочей полосой порядка одной октавы. Однако у таких конструкций преобразователей значительно повышаются масса и продольный габарит.

Известны конструкции гидроакустических стержневых преобразователей Ланжевеновского типа, которые обеспечивают один достаточно широкополосный резонанс за счет использования высоких значений коэффициента механической трансформации, определяемого отношением площади передней накладки к площади пьезокерамического элемента. При этом в силовом газонаполненном варианте конструкций антенн, гидростатическое давление передается на пьезокерамические элементы, в которых возникают сжимающие механические напряжения, ограничивающие глубоководность преобразователя, а в развитой по площади передней накладке могут возникнуть изгибные колебания, оказывающие существенное влияние на частотную характеристику преобразователя. В таких преобразователях, для реализации широкополосного режима излучения с использованием изгиба передней накладки за счет выбора ее геометрии и материала, полоса частотной характеристики порядка одной октавы может быть получена за счет связанных колебаний аналогично двухмодовой механической системе на продольно-изгибных колебаниях (см. патент США №3309654). Обычно такие преобразователи имеют характерный глубокий провал между резонансами и не реализуют требуемой неравномерности частотной характеристики, не превышающей 3 дБ.

Известен силовой вариант конструкции преобразователя, рассчитанный на воздействие гидростатического давления (см. изобретение Франции №2544576). Он состоит из пьезокерамического стержневого элемента, развитой передней и тыльной накладок, цилиндрического армирующего элемента и опорного стержня, упирающегося в резьбу силового корпуса и жестко связанного с передней накладкой резьбовым соединением. Очевидно, что жесткое крепление за переднюю накладку снижает амплитуду ее колебаний на продольном резонансе и ограничивает эффективность излучения в рабочей полосе частот. В режиме приема вибрации корпуса через жесткий опорный стержень передаются на переднюю накладку и возбуждают пьезокерамический стержень с переднего торца, снижая тем самым виброустойчивость преобразователя.

Такие односторонне нагруженные конструкции преобразователей имеют существенную асимметрию акустической нагрузки: т.к. передняя накладка, прилегающая к водной среде, имеет активную составляющую сопротивления излучения, а тыльная накладка имеет только реактивную составляющую, что сказывается на величине чувствительности к вибрации в режиме приема.

Известны конструкции односторонне нагруженных преобразователей, в которых реализован вариант с креплением за оба торца стержневого блока активных пьезокерамических элементов (см. Стырикович И.И. Преобразователь стержневой виброустойчивый. // VII международная конференция «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», 8-10 июня 2004, Санкт-Петербург, Труды конференции, с.186-188). В этом варианте с целью снижения чувствительности к вибрации преобразователя, для компенсации разницы в амплитудных и фазовых соотношениях скоростей колебаний его нагруженной и ненагруженной накладок, вносится дополнительное демпфирующее сопротивление со стороны тыльной накладки (заявка РФ №2013159118 «Гидроакустический преобразователь» от 30.12.2013).

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является гидроакустический преобразователь, в котором для снижения влияния воздействия гидростатического давления на пьезокерамический блок, используется схема с частичной разгрузкой внешнего давления за счет крепления в узловой плоскости армирующей шпильки, с использованием фланца, жестко контактирующего с опорной металлической деталью цилиндрической формы, соединяющейся через прорези в задней накладке с силовым корпусом (платой) антенного устройства (см. Добисова Л.В., Масленникова Л.Н., Стырикович И.И. «Гидроакустический преобразователь» - SU 1840705 A1, бюл. №5, 2009). Этот способ развязки по сути дела реализует вариант с креплением за оба торца стержневого блока активных пьезокерамических элементов, который уменьшает влияние вибраций корпуса на работу преобразователя, а также снижает величины сжимающих механических напряжений, возникающих в пьезокерамических элементах преобразователя в силовом газонаполненном варианте антенного устройства при воздействии высокого гидростатического давления до 15 МПа, и по совокупности признаков может служить прототипом.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции гидроакустического стержневого преобразователя, обеспечивающий в режиме излучения работу в полосе частот не менее октавы за счет использования колебаний изгиба передней накладки и одновременно реализующей закрепление колебательной системы преобразователя в узловом сечении армирующего элемента (стяжки), при котором:

а) внешнее гидростатическое давление лишь частично передается на пьезокерамический стержневой блок;

б) вибрационные колебания в режиме приема передаются одновременно на оба торца пьезокерамического стержневого блока в противофазе.

Технический результат от использования изобретения заключаются в обеспечении эффективного излучения в рабочей полосе частот порядка одной октавы с минимальной неравномерностью АЧХ и в снижении воздействия гидростатического давления на пьезокерамический блок элементов и снижении чувствительности к корпусным вибрациям в режиме приема.

Для достижения этого технического результата, в известную по прототипу конструкцию стержневого преобразователя введены новые признаки, а именно часть армирующего стержня, обращенная к тыльной накладке, выполнена в виде тонкостенного цилиндра, а в зазоре между стержневым элементом крепления и тонкостенным цилиндром сформирован вязкоупругий концентрический элемент потерь цилиндрической формы из акустически мягкого материала.

Снижение чувствительности к вибрации и выравнивание провала между резонансами, обусловленными продольно-изгибными колебаниями в механической системе преобразователя с двумя степенями свободы, обеспечивающего неравномерность АЧХ не более 3 дБ, происходит за счет демпфирования колебаний при введении внутренних потерь в цилиндрическую часть армирующего элемента со стороны тыльной накладки.

Сущность изобретения поясняется на чертеже «Конструкция гидроакустического преобразователя».

Передняя накладка (1) из алюминиевого сплава для реализации оптимального согласования с водной нагрузкой выполнена в виде усеченного конуса с цилиндрической частью, тыльная накладка (3) выполнена из стали. Пьезокерамический блок (2) состоит из набора активных и изолирующих элементов. Элемент армирования выполнен из двух частей, разделенных в узловой плоскости опорным фланцем, соединенным с крепежным стержнем (4). Часть армирующего элемента (5), обращенная к передней накладке, выполнена в виде сплошного стержня, а часть армирующего элемента (6), обращенная к тыльной накладке, выполнена в виде тонкостенного цилиндра, через который крепежный стержень проходит наружу преобразователя и соединяется с силовым корпусом (9). Силовое армирование осуществляется путем закручивания гайки (8) по резьбовой части тонкостенного цилиндра. Вязкоупругий концентрический элемент (7) цилиндрической формы из акустически мягкого материала расположен в зазоре между стержневым элементом крепления (4) и тонкостенным цилиндром (6).

Функционирование устройства осуществляется следующим образом.

При воздействии гидростатического давления части элемента армирования (5) и (6) механически включены параллельно, и на пьезокерамический блок (2) передается не полное усилие, а только усилие, соответствующее соотношению механических гибкостей элементов(5), (6), и при их равенстве может составлять половину от внешнего.

В динамическом режиме колебательная система работает таким образом, что излучение или прием полезных сигналов осуществляется передней накладкой со стороны водной среды, а передача колебаний в режиме излучения на силовой корпус, равно как и передача вибраций корпуса на пьезокерамический блок в режиме приема, минимизированы за счет пропорциональности отношения механических гибкостей частей элемента армирования, контактирующих с обеими накладками, к отношению их масс.

При этом вязкоупругий элемент (7), введенный в зазор между поверхностями стержневого элементом крепления (4) и тонкостенного цилиндра (6), испытывает сдвиговые деформации, которые вследствие потерь в материале вносят дополнительную активную составляющую сопротивления, компенсирующую разницу в амплитудных и фазовых соотношениях скоростей колебаний нагруженной и ненагруженной накладок преобразователя при воздействии вибраций корпуса в режиме приема, а также выравнивающую провал между резонансами колебательной системы преобразователя с двумя степенями свободы.

В описанной выше конструкции преобразователя реализованы все отличительные признаки, благодаря которым и достигается заявленный положительный эффект, а именно обеспечение эффективного излучения в полосе частот порядка октавы, при снижении воздействия гидростатического давления на пьезокерамический блок элементов и снижении чувствительности к корпусным вибрациям (увеличении виброустойчивости) в режиме приема.

Таким образом, введение новых признаков позволяет получить заявленный положительный эффект и использовать такие конструкции при воздействии высокого гидростатического давления до 15 МПа в воздухо-газозаполненном варианте антенн.

Гидроакустический преобразователь, содержащий стержневой блок пьезокерамических элементов, тыльную и изгибно-колеблющуюся переднюю накладки, элемент армирования и стержневой элемент крепления, соединенный с опорным фланцем, размещенным в узловой плоскости элемента армирования, причем элемент армирования выполнен составным, отличающийся тем, что часть армирующего элемента, обращенная к тыльной накладке, выполнена в виде тонкостенного цилиндра, через который крепежный стержень проходит наружу преобразователя и соединяется с силовым корпусом, а в зазоре между стержневым элементом крепления и тонкостенным цилиндром сформирован вязкоупругий элемент из акустически мягкого материала.
ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 51-60 из 367.
27.09.2013
№216.012.6f53

Способ обработки овчин

Изобретение относится к меховой промышленности и может быть использовано при обработке овчин, предназначенных для изготовления одежды, головных уборов, деталей обуви и других изделий из меха. Способ включает отмоку, первое и второе обезжиривание в водном растворе анионактивного ПАВ и препарата,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494150
Дата охранного документа: 27.09.2013
10.11.2013
№216.012.7f95

Устройство для испытаний частотно-управляемого гребного электропривода системы электродвижения в условиях стенда

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в судовых системах электродвижения с частотно-управляемым гребным электродвигателем при проведении приемосдаточных испытаний гребного электродвигателя (ГЭД) и системы электродвижения (СЭД) в условиях стенда. Техническим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498334
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7ffa

Способ изготовления электрического провода

Способ изготовления электрического провода предназначен для использования в авиационной, аэрокосмической, судостроительной и других отраслях промышленности. Способ изготовления электрического провода предусматривает введение в гранулят радиационно-сшиваемой композиции на основе сополимера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498435
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.12.2013
№216.012.8d56

Способ упрочнения изделий из твердых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технике вакуумно-плазменного напыления путем нанесения металлосодержащих покрытий на изделия из твердых сплавов. Способ включает распыление на рабочую поверхность изделия из твердого сплава слоя из карбидообразующих элементов 4-5...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501865
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.12.2013
№216.012.8fe3

Способ воздействия на организм

Изобретение относится к медицине, а именно к физиотерапии, оториноларингологии, аудиологии, восстановительной медицине, и может быть использовано для физиотерапевтического воздействия на организм при заболеваниях, развившихся в тканях и органах головы и шеи человека, таких как нейросенсорная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502528
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.9049

Морская гравитационная платформа

Изобретение относится к морским гравитационным платформам для освоения месторождений нефти и газа на континентальном шельфе. Морская гравитационная платформа содержит погружное основание, образованное донной и верхней опорными плитами, боковыми стенками и внутренними переборками. На погружном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502630
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.90a7

Способ получения нитродифениламинов

Изобретение относится к способу получения нитродифениламинов общей формулы где нитро-группа может находиться в орто-, мета- или пара-положении относительно анилинового фрагмента. Способ заключается во взаимодействии анилина с нитрогалогенбензолами общей формулы CH(NO)X, где X=Cl, Br, I, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502724
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.90a8

Способ получения n-алкил-n'-фенил-пара-фенилендиаминов

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения N-алкил-N'-фенил-п-фенилендиаминов общей формулы 1, где R, R - алкильные заместители. Способ заключается в восстановительном алкилировании 4-нитродифениламина (4-НДФА) алифатическими кетонами общей формулы R-CO-R, где R, R -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502725
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.90fa

Способ выработки кож

Изобретение относится к кожевенной промышленности и может быть использовано при выработке кож для верха обуви, мебели и салонов автомобилей с применением наноразмерных минеральных дубителей и пигментов. Способ включает пикелевание голья, дубление титаноалюминиевым дубителем с размером частиц не...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502807
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.01.2014
№216.012.94c0

Узел герметизации стыков ограждающих конструкций искусственных грунтовых островов

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к устройствам для герметизации стыков сборных ограждающих конструкций искусственных грунтовых островов. Узел герметизации стыков ограждающих конструкций искусственных грунтовых островов включает два вертикальных паза на торцах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503774
Дата охранного документа: 10.01.2014
Показаны записи 51-60 из 271.
27.07.2013
№216.012.5a3b

Способ создания дополнительного натяга в резьбовом соединении деталей машин

Изобретение относится к области общего и специального тяжелого машиностроения и может быть использовано во всех областях промышленного производства для обеспечения соединения высоконагруженных элементов механических конструкций. Способ создания дополнительного натяга в резьбовом соединении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488720
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.5b14

Преобразователь частоты

Настоящее изобретение относится к области электротехники и преобразовательной техники, в частности к статическим преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488937
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5c34

Противопригарная термостойкая краска для песчаных и металлических форм (варианты)

Изобретение относится к технологии литейного производства. Противопригарная термостойкая краска содержит, мас.%: наполнитель 70-75, бентонит 2,5-4,5, сульфат алюминия 3,0-5,5, вода - остальное. По второму варианту краска содержит наполнитель, мас.%: наполнитель 70-75, - декстрин 3,5-4,5,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489225
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5c8a

Способ преобразования напряжения гребного электропривода и гребной электропривод для его осуществления

Изобретение относится к области судовых энергетических установок. Способ преобразования напряжений гребного электропривода основан на согласовании напряжения питания, выпрямлении согласованного и инвертировании выпрямленного напряжений. Задают допустимые значения напряжений, токов и скоростей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489311
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.08.2013
№216.012.65d1

Преобразователь частоты

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Техническим результатом использования изобретения является повышение эффективности и надежности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491702
Дата охранного документа: 27.08.2013
20.09.2013
№216.012.6afc

Надводное однокорпусное водоизмещающее быстроходное судно

Изобретение относится к области судостроения и касается конструирования однокорпусных быстроходных судов. Судно содержит вытянутый вдоль своей диаметральной плоскости корпус с плавными криволинейными обводами подводной части и с наибольшей шириной конструктивной ватерлинии в кормовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493039
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6aff

Танкер ледового класса

Изобретение относится к области судостроения, в частности к танкерам ледового класса. Корпус танкера содержит днище, второе дно, вертикальные борта, балластные цистерны, верхнюю палубу, грузовую зону с размещенными последовательно грузовыми танками в виде ряда, ориентированного по длине судна,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493042
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.6f2a

Способ получения гидрогеля нанокристаллической целлюлозы

Изобретение относится к химической переработке целлюлозосодержащего сырья, в частности к способам получения гидрогеля нанокристаллической целлюлозы, и может быть использовано при производстве полифункциональных композиционных материалов, реологических модификаторов в буровых и цементных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494109
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6f53

Способ обработки овчин

Изобретение относится к меховой промышленности и может быть использовано при обработке овчин, предназначенных для изготовления одежды, головных уборов, деталей обуви и других изделий из меха. Способ включает отмоку, первое и второе обезжиривание в водном растворе анионактивного ПАВ и препарата,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494150
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a7b

Стартер-генераторная установка автотранспортного средства

Изобретение относится к области электротехники и транспорта и касается, в частности, комбинированных энергетических установок гибридных транспортных средств, оборудованных стартер-генераторами. Предлагаемая стартер-генераторная установка автотранспортного средства содержит обратимую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497017
Дата охранного документа: 27.10.2013
+ добавить свой РИД