Святненко А. О. Циліндричні п'єзокерамічні випромінювачі з внутрішніми екранами

Дисертація присвячена розробці теоретичних засад розрахунків та проектування циліндричних п’єзокерамічних випромінювачів з внутрішніми екранами з урахуванням взаємодії електричних, механічних та акустичних полів випромінювачів та практичній реалізації цих засад. Розроблені методи дозволяють враховувати вплив конструктивних особливостей випромінювачів на фізичні поля, утворювані випромінювачами в процесі роботи.Визначені методи розв’язку хвильових задач такого типу, які враховують особливості випромінювання звуку досліджуваними перетворювачами. До цих особливостей віднесені зв’язаність електричних, механічних та акустичних полів при перетворенні енергії і взаємодія акустичних полів п’єзокерамічної оболонки та екрану при формуванні акустичних полів, обумовлена многократністю відбиття випромінюваних та розсіяних звукових хвиль. Значна увага приділена процесам: перетворення електричної енергії в механічну, а механічної в акустичну; взаємодії через акустичне поле п’єзокерамічної оболонки і внутрішнього екрану випромінювача; взаємодії процесів перетворення енергії і її випромінення в оточуючі середовища. Досліджено вплив конструктивних характеристик випромінювача на його фізичні поля. Встановлено, що при радіально симетричному електричному збудженні циліндричної п’єзокерамічної оболонки випромінювача введення до його складу внутрішнього акустичного екрану обумовлює появу ряду фізичних особливостей формування механічних полів випромінювача. Визначені закономірності поведінки частотних і кутових залежностей амплітуд і фаз повної коливальної швидкості та її мод в залежності від : розмірів екранів при сталій відстані між поверхнями оболонки та екрану; від відстані між поздовжніми вісями оболонки і екрану при незмінних розмірах екрану; складу застосованої п’єзокераміки; фізичних характеристик рідини у внутрішній порожнині випромінювача; розмірів п’єзокерамічної оболонки – її радіусу і товщини. Встановлено, що при малих розмірах екрану заново генеровані власні резонанси заходять далеко вниз в область низьких частот. При екранах середніх розмірів ці нові власні резонанси механічного поля не утворюються в низькочастотній області, а зосереджені в областях резонансній та високочастотній. Встановлено, що в формуванні закономірностей поведінки акустичних полів випромінювачів з внутрішнім екраном з урахуванням названих вище взаємодій визначальну роль грають такі фізичні фактори як резонансні властивості п’єзокерамічної оболонки та внутрішнього об’єму випромінювача з екраном і степінь асиметрії його побудови. Основні закономірності впливу цих фізичних особливостей на акустичні поля екранованого випромінювача полягають в збагаченні спектру його власних частот і значному поширенні їх в область низьких частот порівняно з власною частотою п’єзокерамічної оболонки в вакуумі без змін розмірів екранованого випромінювача. Кількісні значення цих змін в величинах нових акустичних резонансів та амплітуд акустичного тиску є різними в залежності від характеристик того чи іншого конструктивного фактора. Встановлено, що в областях максимального випромінювання звуку, обумовлених власними резонансами внутрішнього об’єму випромінювача, не змінюються його ненаправлені властивості. В той же час на частотах максимального випромінювання, обумовлених акустичними складовими заново генерованих завдяки асиметрії побудови випромінювача мод коливань, це випромінювання набуває суттєвої направленості. При цьому основна частина акустичної енергії формується в напрямі, протилежному напрямку розміщення внутрішнього екрану. Встановлені якісні і кількісні впливи названих вище конструкційних параметрів екранованих випромінювачів на такі характеристики їх електричних полів як частотні залежності їх струмів та вхідних електричних опорів. Показано, що повний струм збудження випромінювача має дві складові: ємнісну і динамічну. В більшості випадків закономірності змін повного струму в широкому діапазоні досліджуваних частот визначаються закономірностями частотних змін динамічної складової електричного струму. Через дослідження вхідних електричних опорів екранованого випромінювача встановлена спроможність його електричного поля сприйняти електричну енергію від збуджуючого випромінювач генератора. Експериментальним шляхом підтверджена адекватність запропонованих розрахункових моделей та отриманих чисельних результатів реальним циліндричним п’єзокерамічним випромінювачам з внутрішніми екранами. Результати дисертаційної роботи впроваджено на Державному підприємстві «Київський науково-дослідний інститут гідроприладів» при виконанні проектних розрахунків циліндричного випромінювача для КНР.