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

(5.8)

По формулам

(5.8)

производится

расчет

координат

текущей

точки

преломляющей

поверхности

в интервале

углов

0 - ~ ф м с малым

ша­

гом Лф. Результаты

расчета

заносятся в таблицу и являются

ис­

ходными данными дл я изготовления шаблона .

Что

касается постоянной

толщины линзы d, то, ка к было

пока­

зано в

§ 2.4,

ее величина

почти не влияет

на уровень

искаже ­

ний поля и потому при выборе

ее необходимо учитывать

только

вопросы

технологии

изготовления

и эксплуатации.

В

частности,

уменьшение d

ведет

к сокращению веса

системы, а увеличение —

к повышению жесткости и упрощению изготовления. Реальное

зна­

чение

d,

удовлетворяющее

требованиям практики,

составляет

5-=-10

мм.

искажений К У П , обусловленных

отражением

вторичных

волн от

боковой поверхности. Если размеры бассейна не являются

ограни­

чивающим фактором, то боковая поверхность рефрактора

выполня­

ется

по образующей

С\В\

(рис. 5.1.). При

этом

С2С\

—

опреде­

ленный

в § 5.1. диаметр рефлектора D,

а

радиус

плоской

границы

NB\

и угол,

составленный

образующей

С\В\

с плоской

границей,

рассчитываются

соответственно

по формулам

(2.31) и (2.32). В про­

тивном

случае

линза

выполняется

с боковой

образующей

С\А\.

«Просветление»

металлической

линзы,

ка к у ж е было

отмечено,

заключается

в нанесении на ее рабочие

поверхности

четвертьвол­

нового

слоя

материала

с

акустическим

сопротивлением

W2=yw\-w3.

Д л я алюминиевой

линзы

хорошее

«просветление»

достигается

при использовании

л а к а УР-1 с присадками .

Вопросы

щения в

бассейне. Д л я этой цели удобно использовать специальную

обойму, подвешенную к каретке, которая, в свою

очередь,

может

перемещаться

по н а п р а в л я ю щ и м . Одна из опробованных

авторами

конструкций

описана в гл. V I I . Р а з р а б о т а н н ы е

конструкции пер­

вичных излучателей т а к ж е

подробно описаны в гл. V I I . При

проек­

тировании

их учитывается

необходимость обеспечения

герметиза-

цип, а т а к ж е — дл я составного излучателя — возможность

в ши­

роких пределах регулировать

расстояние между излучающей

пла­

стинкой п линзой.

Проектирование рефлекторной А П С выполняется

по

аналогич­

ной методике. Расчет профиля

зеркала выполняется

по

ф о р м у л а м :

Л'<= тДі? (cos?-cos?M);

(5.9)

2/

Sin?,

Ус =

• і

,

где

->с

1 + cos?

точки

С

з е р к а л а

.vc и ус — координаты

произвольной

(см. рис. 5.1, б ) .

Результаты расчетов заносятся в таблицу

и с л у ж а т

необходи­

мыми данными дл я проектирования шаблона .

Постоянная

толщи ­

на

рефлектора

в случае

изготовления его на

копировальных

стан­

ках

выбирается

из тех ж е соображений,

что

и дл я

р е ф р а к т о р а .

Однако при другой технологии изготовления

(например,

литьем

или

штамповкой

из листа

методом взрыва) форма

нерабочей

по­

верхности может

отличаться от изображенной

на рис. 5.1,6.

З а м е т и м еще следующее. Отсутствие ограничений по габарит­

ным р а з м е р а м исходного материала для изготовления

рефлектора

принципиально позволяет создать весьма короткофокусные

систе­

мы

п тем самым

существенно сократить,

по сравнению с

рефрак ­

торной А П С ,

размеры

гидроакустического

бассейна. Однако

с

уменьшением

фокусного

расстояния д о л ж н а

возрастать

ширина

д и а г р а м м ы направленности первичного излучателя,

что, по

мнению

авторов, делает

проблематичным

создание

короткофокусных

реф ­

лекторных А П С с малыми

неоднородностями

поля.

§

5.3. П Р О Е К Т И Р О В А Н И Е

Г И Д Р О А К У С Т И Ч Е С К О Г О

Б А С С Е Й Н А

Р а з р а б о т к а

гидроакустического комплекса

является

большой и

технически сложной задачей . В состав комплекса должны

входить:

измерительный бассейн с координатными устройствами,

прожектор ­

ная

система дл я формирования квазиплоского

ультразвукового

по­

ля, система подвеса объекта исследования, измерительные

датчики

для

снятия характеристик

поля,

котировочные устройства

и

комп ­

его проектирования зависит успех последующих

многолетних эк ­

спериментальных исследований.

Наиболее в а ж н ы м вопросом, решаемым

при

проектировании

бассейна,

является

вопрос о

рациональном

выборе

размеров .

В первую

очередь выбор размеров зависит от допустимого уровня

помеховых

волн, обусловленных

отражением

от стенок

в зоне рас -

крыва А П С . Существует дв а принципиально

различных

подхода к

проектированию бассейна и всего комплекса. Если

комплекс пред­

назначен для работы

на фиксированной частоте

или в узком частот-

Линза

Исследуемый

\ -

^їїриепник

Излучатель

F

-а

АV

/і

»2 ,

"з

1 ,

LБ

Рис. 5.2. К определению

габаритных

размеров измерительного

бассейна.

стического заглушения .

В зависимости от номинала

частоты

аку­

стическое

заглушение

достигается

различными

конструктивными

мерами,

подробное рассмотрение

которых выходит

за

рамки

на­

стоящей

монографии. Если ж е

комплекс предназначен

для

работы

в широком диапазоне

частот,

то акустическое

заглушение

пред­

волн в этом случае

является переход к импульсному

методу работы

системы и использованию для

выделения

полезных

сигналов мето­

д а стробировання

приемной

аппаратуры .

При

таком

варианте

р а з м е р ы бассейна

и размещение А П С , а т а к ж е

объекта

исследова­

Совершенно очевидно, что в зависимости от взаимного

располо­

ж е н и я А П С , исследуемого объекта

и приемных датчиков

размеры

•бассейна определяются различными

соотношениями. Д л я

иллюстра­

дуемого

объекта

( L b L 2 ) , базу приемников L n p

, а т а к ж е

расстояние

м е ж д у

приемным

датчиком и задней границей

объекта

Я 3 . Тогда

длина отрезка Hi

определяется из условия

возможности

временно­

го разделения прямого импульса, от излучателя, и импульса,

отра­

женного от задней

стенки бассейна; длина

отрезка Н2

— из

усло­

где ки к2,

к3 — коэффициенты, численное

значение

которых со­

ставляет

1,2-М ,5.

Отсюда точная

длина

бассейна

равна

U

= /

+ d + L x

+ Я 3 + (к, +

к2 + ЙГ3) ~

.

(5.11)

/ +

Н2

+

с-„ <

FAi +

AXA,

}

(5.12)

f + Н2 -г іг + Н3

< FA3

+ А3А41

После несложных выкладок из (5.12)

получим

/ У 5 > м а к с ( 5 1 5 2 ) .

(5,13)

где Si =

+

\'

2 ( /

-ь п2

+

Li +

Н3) с-п

+ {сі„У

(5.14)

L

Si =

Г

(ct,.)2

— +

2 ( /

+ ha)c-„

+

может измениться,

целесообразно при проектировании

несколько

завысить размеры

бассейна по сравнению с определенными

выше .

Остановимся на

выборе частоты посылок и мощности

излуче­

ния. Кроме

ограничении, обусловленных спецификой

исследования,

можно указать один критерий выбора

частоты следования импуль­

сов, справедливый

дл я любых

задач . К а к указывалось

ранее, при

импульсном

методе

нормальная

работа приемника

обеспечивается

временным

стробнрованмем. Однако в незаглушенном

бассейне в

результате

многократных повторных

отражений от

стенок

и эле ­

ментов конструкций возникает высокий уровень импульсной

флук-

туационной

помехи. Д л я повышения

чувствительности

приемника

мальны й размер

бассейна,

с — скорость

звука

в

воде.

Следова ­

тельно, максимально

допустимая частота посылок

равна

f

=

(6-5-10)/ •

{о.\Ъ)

Н а п р и м е р , для

бассейна длиной 5 м частоту следования

целесооб­

р а з н о принять

равной

ЗО-т-50 гц.

При определении

мощности

излучателя

в а ж н а я

роль

принадле­

жит специфике задачи исследования. П р и м е р н а я

методика

может

•быть следующей.

Пусть требуемая интенсивность

ультразвуковых

волн в плоскости

раскрыва

А П С равна

/ п р

. Тогда

мощность

уль-

тразвуковых волн

в раскрыве

составит

— j -

/ п р .

При определении

ние и рассеяние ультразвуковых волн

(в

частности,

в

результате

многократных

отражений

в линзе),

а т а к ж е

различия

в ширине

д и а г р а м м ы

направленности излучателя и А П С . Приближенно

тре­

буемую

мощность излучателя

можно

определить по

формуле

Р «

= ^

^

Р .

(5.16)

где D — диаметр коллиматора А П С ;

Кі, Ко — численные коэффициенты,

смысл

которых

понзеден

в

§ 5 . 1 .

Различие

между формулами

(5.16)

и

(5.1) обусловлено

тем,

. что

ф о р м у л а

(5.1)

определяет

лишь поток энергии от излучателя,

по­

ступающи й

на

рефрактор

(рефлектор) .

З а д а в а я с ь

электроакусти­

ческим К П Д

пьезоэлектрического

излучателя

можно

определить

требуемую

электрическую

мощность

генератора.

§

5.4. Д О П У С К И

Н А

И З Г О Т О В Л Е Н И Е И

У С Т А Н О В К У

Э Л Е М Е Н Т О В А П С

Проведенный в гл. I I анализ рефракторной

А П С

не

учитывал

имного положения элементов А П С .

Эти факторы

в первую

очередь

в л и я ю т на искажение

фронта. К а к

правило,

исследования

прово­

д я т с я в ближнем

поле

рефрактора, если рассматривать

его как

плоский поршневой излучатель. Переход к использованию

дальней

зоны потребовал

бы изготовления

бассейна

гигантских

размеров .

В ближнем поле

возникает с л о ж н а я картина

излучения,

однако,

к а к правило, микроструктура поля

не оказывает влияния

на

прове­

дение экспериментов.

Представляет

интерес оценка

неоднородностей

по фазе

(или

по интенсивности)

с большим по

сравнению

с X

пространственным