Файл: Абрамов Г.В. Акустические прожекторные системы.pdf

нительно мало зависит от угла,

наиболее равномерная функция

оказывается для стали. Поскольку

для стали и коэффициент от­

ражения

наиболее

высок, в

этом

случае следует ожидать мини­

мального

влияния

повторных

отражений в материале рефлектора .

В окончательном

виде функция распределения интенсивности зву­

мерность интенсивности в раскрыве рефлектора

мала

и, в част­

ности, при максимальном угле раскрыва 2 ф м =

70°

составляет:

28%,

для

алюминиевого

р е ф л е к т о р а — 2 6 % .

Н а

первый взгляд рефлекторная А П С обеспечивает

более рав ­

номерное

поле нежели рефракторная . Однако при анализе си­

стемы

не

учитывалось

влияние

первичного

излучателя

и - с и с т е м ы

его подвеса на искажения поля. Влияние

этих факторов м о ж н о

оценить

только экспериментально. Результаты экспериментов,,

как будет

указано в главе 7,

показали, что дифракция

отражен ­

ГЛАВА

IV. ИЗЛУЧАТЕЛИ

АКУСТИЧЕСКИХ

ПРОЖЕКТОРНЫХ

СИСТЕМ

§ 4.1. С И Н Т Е З П Е Р В И Ч Н О Г О

И З Л У Ч А Т Е Л Я А К У С Т И Ч Е С К И Х

П Р О Ж Е К Т О Р Н Ы Х С И С Т Е М

П ри

разработке

первичного

излучателя А П С возникают две з а ­

дачи,

которые могут быть

названы

з а д а ч а м и синтеза

излучателя:

1)

определение аналитического выражения д и а г р а м м ы

излучате­

ля, обеспечивающего.получение

плоского поля на выходе

системы;

2)

расчет и конструирование

излучателя.

Первая з а д а ч а

обусловлена

тем, что, к а к показано

в главах I I

и I I I , изотропный

излучатель

не позволяет сформировать

плоское

поле

с постоянной

интенсивностью

в раскрыве . Решение второй

ной диаграммой направленности.

Пр и этом должно быть принято

во внимание, что с уменьшением

площади поверхности

излучателя

происходит, во-первых, уменьшение его эффективности

(когда р а з ­

лучателя возникают волны конечной амплитуды.

Д л я получения

аналитического

выражения

функции

направлен ­

ности излучателя

воспользуемся

найденными

ранее в ы р а ж е н и я м и

для функции распределения интенсивности в раскрыве

А П С при

изотропном излучателе

(ф)] . Если в фокусе

системы

поместить

нию Ф ( Ф ) , то функция

распределения интенсивности в

раскрыве

А П С примет

вид Р(ф)

Ф 2 ( Ф ) . Д л я того, чтобы функция распреде­

ления интенсивности по волновому фронту

не зависела

от текуще­

го угла раскрыва

(т. е. была константой),

необходимо

положить

F (ф) -Ф2 (ф) =

const. Отсюда получаем

Используя полученные ранее выражения дл я функции

распределе­

ния интенсивности

в

раскрыве А П С , находим окончательно: д л я

рефрактора

ф (m) =

( 1 - я ) [1— п COSCP + / я (cosy — п)] _ ^ = = .

(4 2)

*

( l + m)(l — n c o s t p ) / ( c o s y — л ) / 1 — 2cos<p+/z2'

раскрыва, при которых поле ещ е оказывается

достаточно

равномер ­

ным. Такими углами, по результатам

ранее

проведенного

анализа,

являются 2 ф м = 2 0 ° - М 0 ° .

Рассмотрим возможность применения

в

качестве

излучателя

круглой плоской пьезопластинки. Известно,

что ширина

д и а г р а м м ы

направленности д л я излучателя типа

круглой пластинки

диамет­

ром Д і определяется в ы р а ж е н и е м [21]

2*0,7 = 6 0 - ^ ,

(4.4)

где I — длина волны в среде;

2фо,7 — ширина основного лепестка

д и а г р а м м ы направленности

на уровне 0,7 по давлению

(0,5 по интенсивности).

щей

в частотном

диапазоне

1-т-5 мгц в воде д л я случаев

2 ф м

= 2 0 &

и 2 ф м = 4 0 ° .

Результаты

расчетов

приведены в табл . 4.

Таблица

4

/>

мгц

1

2

3

5

X, см

1 , 5 - Ю - 1

7 , 5 - Ю - 2

5 - Ю - 2

з - ю - 2

Dh(CM)

4 , 5 - Ю - 1

2,25- Ю - 1

1 , 5 - Ю - 1

9 - Ю - 2

2 ? 0 7

= 20°

S (см2)

1 , 8 - Ю - 1

4 , 5 - Ю - 2

2 - Ю - 2

7 , 2 - Ю - 3

22,2

50

140

D„(CM) 2 , 2 5 - Ю -

1

1 , 1 2 5 - Ю - 1

7 , 5 - Ю - 2

4 , 5 - Ю - 2

2'fo,7 =

40°

S, (см 2 ) 4,

М О -

2

1,125 - Ю - 2

5 - Ю" 3

1 , 8 - Ю - 3

/ ( — )

1

22,2

,88,8

200

556

\см*

Как

видно

из расчетов, отношение диаметра к длине

волны

р а в ­

но

3 д л я случая

2 ф 0 , 7 = 2 0 ° ,

и 1,5 дл я 2ф0 ,7.=40°. И з рис. 1.1 следует,

D„

что

при таком

отношении -у— излучатель оказывается

достаточно.

эффективным

(/?о-э-1). Однако,

ка к известно,

пьезоэлектрики

обла ­

дают

наряду с продольным

сильным поперечным

пьезоэффектом .

Д л я

уменьшения

егр влияния

д о л ж н о выполняться

требование

- ^ - > 1 ,

где d — толщина пьезопластинки.

В работе [5] приведены

формулы дл я расчета .резонансных ча ­

стот

колебаний

пластинок

из различных . пьезоэлектрических

мате ­

риалов . Например, при колебаниях пластинки из титаната

бария ш>

толщине f=^--

(мгц),

а

при колебаниях - по

длине,

ориентирован-