一種水雷模塊化嵌入式圓柱共形聲基陣的製作方法

2024-03-25 03:11:05

本發明屬於水雷技術領域，具體涉及一種水雷模塊化嵌入式圓柱共形聲基陣。

背景技術：

水雷武器為了滿足對水中目標的探測功能要求，其探測系統通常採取多個聲學換能器構成傳感器陣列的方法。由水聲學基本原理可知，構成基陣陣列的換能器個數越多，陣列信號處理的增益就越高，對水中目標的探測效果相應就越好。以往水雷武器所用圓環型壓電陶瓷換能器的機械結構與安裝方式，通常要求在水雷殼體上開相應的安裝孔座。而開孔數目越多，對水雷殼體強度的影響越不利，對總體結構水下密封性的要求也越高。同時，開孔安裝的方式可能破壞水雷總體的流體外形，引起水下系留穩定性降低、流噪聲增大等不良後果。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的是提供一種水雷模塊化嵌入式圓柱共形聲基陣，能夠解決以往水雷殼體上單個換能器體積較大以及獨立開孔安裝方式引發的一系列問題，通過採用多個壓電敏感元件整體模塊化灌封、集束安裝，以及通過水密插座傳輸信號的方式，減少殼體上的開孔數目與開孔孔徑。

本發明是通過下述技術方案實現的：

一種水雷模塊化嵌入式圓柱共形聲基陣，包括：換能器單元、水密插座、水密電纜及導線；

其外圍設備包括同軸對接的水雷圓柱殼體和儀表艙段殼體；水雷圓柱殼體的直徑大於儀表艙段殼體的直徑；

所述換能器單元用於將聲波信號轉變為電信號，它包括：壓環、絕緣環、壓電陶瓷圓片、透聲橡膠及支撐體；所述支撐體為長條狀結構，且在一側端面沿其長度方向加工有兩個並列的柱形凹槽；兩個絕緣環分別嵌裝在兩個柱形凹槽內，兩個壓電陶瓷圓片分別牴觸在兩個絕緣環的臺階面上，使壓電陶瓷圓片與所述柱形凹槽的內底面間有間隙；兩個壓環分別固定在兩個絕緣環上，並分別將兩個壓電陶瓷圓片壓緊；兩個透聲橡膠分別將兩個所述凹槽封閉，並使兩個透聲橡膠的外側面與支撐體的側面平齊，內側面與所述電陶瓷圓片之間有間隙；

整體連接關係如下：兩個以上換能器單元沿圓周方向均勻固定在儀表艙段殼體的外圓周面，且換能器單元的長度方向與儀表艙段殼體的軸向一致，換能器單元的一端與水雷圓柱殼體的端面相牴觸，另一端固定有水密插座，所述水密插座的一端分別通過導線分別與兩個壓電陶瓷圓片的正負極板連接，另一端通過水密電纜與水雷儀表艙內的插座連接，實現換能器單元與水雷儀表艙內儀器的電氣連接。

進一步的，還包括吸聲障板，所述吸聲障板為弧形的導流板；

吸聲障板安裝在每兩個相鄰的換能器單元之間，使吸聲障板與換能器單元組成的圓筒狀結構的外圓周面與水雷圓柱殼體的外圓周面平齊，構成圓柱共形聲基陣。

進一步的，所述吸聲障板的材料採用吸聲橡膠。

進一步的，所述絕緣環的材料採用聚四氟乙烯。

進一步的，所述壓電陶瓷圓片採用PMg-51壓電陶瓷圓片。

進一步的，每個所述換能器單元中的兩個壓電陶瓷圓片圓心的距離為1/2工作頻率的波長。

有益效果：(1)本發明通過採用多個壓電陶瓷圓片整體灌封構成長條狀的換能器單元，換能器單元貼覆在儀表艙段殼體外表面構成共形圓柱陣，使檢測維護以及聲基陣備品、備件更換工作在雷體外部就可進行，避免了孔蓋來回拆卸安裝伴隨而來的氣密性檢查等系列步驟，從而簡化了操作流程；且這種模塊化集束安裝的方式，減少了水雷殼體上的開孔數目，相應降低了對總體耐壓強度的影響。

(2)本發明通過採用圓片型壓電陶瓷敏感元件取代圓環壓電陶瓷元件，降低換能器的高度，使換能器單元能夠貼覆安裝在水雷殼體外表面，構成共形圓柱陣，降低對水雷總體結構的水下流體性能影響。

(3)本發明通過採用吸聲障板，防止由於換能器單元突出於儀表艙段殼體表面而容易受到碰撞、刮擦等機械損傷及可能帶來水下自噪聲增大、水下系留穩定性降低等不利後果的問題發生。

附圖說明

圖1為本發明的結構組成圖一。

圖2為本發明的結構組成圖二。

圖3為本發明的換能器單元的結構組成圖。

圖4為本發明的壓電陶瓷圓片的工作原理圖。

其中，1-水雷圓柱殼體，2-換能器單元，3-水密插座，4-水密電纜，5-吸聲障板，6-儀表艙段殼體，7-壓環，8-絕緣環，9-壓電陶瓷圓片，10-透聲橡膠，11-支撐體，12-導線。

具體實施方式

下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描述。

本發明提供了一種水雷模塊化嵌入式圓柱共形聲基陣，參見附圖1和附圖2，包括：換能器單元2、水密插座3、水密電纜4、吸聲障板5及導線12；

其外圍設備包括同軸對接的水雷圓柱殼體1和儀表艙段殼體6；水雷圓柱殼體1的直徑大於儀表艙段殼體6的直徑；

所述吸聲障板5為橫截面為弧形的導流板，材料採用吸聲橡膠，吸聲障板5有吸聲、導流的效果，對水下流噪聲起到抑制作用，同時避免水下入射聲波在儀表艙段殼體表面反射產生環繞波；

參見附圖3，所述換能器單元2用於將聲波信號轉變為電信號，它包括：壓環7、絕緣環8、壓電陶瓷圓片9、透聲橡膠10及支撐體11；所述支撐體11為長條狀結構，且在一側端面上沿其長度方向加工有兩個並列的柱形凹槽；兩個絕緣環8分別嵌裝在支撐體11的兩個柱形凹槽內，兩個壓電陶瓷圓片9分別牴觸在兩個絕緣環8的臺階面上，使壓電陶瓷圓片9與所述柱形凹槽的內底面間有間隙；兩個壓環7分別通過螺釘固定在兩個絕緣環8上，並分別將兩個壓電陶瓷圓片9壓緊；兩個透聲橡膠10分別將兩個所述柱形凹槽封閉，並使兩個透聲橡膠10的外側面與支撐體11的端面平齊，以利於實際使用時隔絕外部水介質；透聲橡膠10與所述電陶瓷圓片9之間有間隙；因此，壓環7、絕緣環8和壓電陶瓷圓片9構成邊緣固定、中心自由的「彎曲振動」型壓電敏感結構；且若干個壓電敏感結構彼此間相互獨立，能夠分別獨立地接收水下聲波信號；

其中，所述絕緣環8由聚四氟乙烯加工而成，起到絕緣隔離以及降低支撐體耦合振動的作用；

所述壓電陶瓷圓片9採用介電常數與壓電係數較高的PMg-51壓電陶瓷圓片，其直徑遠大於其厚度；

每個所述換能器單元2中的兩個壓電陶瓷圓片9圓心的距離為1/2工作頻率的波長；例如：聲基陣的工作頻率f設定為3000Hz，則信號波長λ為：

式中，c0為水中聲速，取近似值1500m/s；

則換能器單元2中的兩個壓電陶瓷圓片9的距離為λ/2，即為0.25m；

整體連接關係如下：兩個以上換能器單元2通過螺釘沿圓周方向均勻固定在儀表艙段殼體6的外圓周面，形成圓柱共形陣的結構形式，且換能器單元2的長度方向與儀表艙段殼體6的軸向一致，換能器單元2的一端與水雷圓柱殼體1的端面相牴觸，另一端固定有水密插座3，所述水密插座3的一端分別通過導線12與兩個壓電陶瓷圓片9的正負極板連接，另一端通過水密電纜4與水雷儀表艙內的插座連接，實現換能器單元2與水雷儀表艙內儀器的電氣連接；在每相鄰兩個換能器單元2之間均安裝有吸聲障板5，使吸聲障板5與換能器單元2組成的圓筒狀結構的外圓周面與水雷圓柱殼體1的外圓周面平齊，構成圓柱共形聲基陣，避免雷體表面有突起結構引入流噪聲；

在本實施中，所述換能器單元2的個數為六個。

工作原理：參見附圖4，當有水下聲波信號穿過透聲橡膠10作用在壓電陶瓷圓片9上時，引起的壓力變化使壓電陶瓷圓片9產生彎曲振動，即壓電陶瓷圓片9自身產生形狀變化；在壓電效應的作用下，壓電陶瓷圓片9的正負極板間產生變化的電荷信號，從而將聲波信號轉變為電信號輸出到水雷儀表艙內的儀器進行處理。

綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。