ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМЕХАНОАКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ С ВНУТРЕННИМИ ЭКРАНАМИ В СОСТАВЕ ПЛОСКИХ СИСТЕМ

The problem of sound emission is considered by a system formed from cylindrical piezoceramic radiators with internal acoustically soft screens. Longitudinal axis of emitters lie in one plane. This system is characterized by the interaction of electric, mechanical and acoustic fields in the process of conversion electrical energy to acoustical energy and acoustic fields in the process of forming them in the environments. The purpose of the work is to determine the peculiarities of the electromechanical acoustic transformation of energy by cylindrical piezoceramic radiators with internal screens in the composition of flat systems, taking into account all types of interaction.The research was carried out by the method of bound fields in multiply connected domains with the use of addition theorems for the cylindrical wave functions. The physical fields arising from the emission of sound by such a system are determined by the joint solution of the system of differential equations: the wave equation; equations of motion of thin piezoceramic shells with circular polarization in displacements; the equations of forced electrostatics for piezoceramics at given boundary conditions, the conditions of conjugation of fields at the boundaries of the division of domains and electric conditions.The solution of the problem is reduced to the solution of an infinite system of linear algebraic equations with respect to unknown coefficients of field expansions.An analysis of the results of numerical calculations, performed on the basis of the obtained analytical relations, called to establish a number of features in the electromechanical acoustic transformation of energy by emitters in the composition of flat systems. They include: the role of acoustic interaction in the process of energy conversion; determination of the mechanism of quantitative assessment of the influence of interaction on these processes; the dependence of the degree of violation of the radial symmetry of the acoustic loading of the emitters on the amount of acoustic interaction; the appearance of multimodality of the mechanical field of emitters in the structure of the plane system and the dependence of the redistribution of energy between all modes on the degree of disturbance of the radial symmetry of the acoustic loading of the emitters.Рассмотрена задача излучения звука плоской системой, образованной из цилиндрических пьезокерамических излучателей с внутренними акустически мягкими экранами. Продольные оси излучателей параллельны и лежат в одной плоскости. Указанная система характеризуется взаимодействием электрических, механических и акустических полей в процессе преобразования излучателями электрической энергии в акустическую и взаимодействием акустических полей излучателей в процессе формирования полей в окружающих средах. Целью работы являлось определение закономерностей электромеханоакустического преобразования энергии цилиндрическими пьезокерамическими излучателями с внутренними экранами в составе плоских систем с учетом всех видов взаимодействия.Исследования осуществлялись методом связанных полей в многосвязных областях с привлечением теорем сложения для цилиндрических волновых функций. Физические поля, возникающие при излучении звука такой системой, определены путем совместного решения системы дифференциальных уравнений: волнового уравнения; уравнений движения тонких пьезокерамических оболочек в перемещениях; уравнений вынужденной электростатики для пьезокерамики при заданных граничных условиях, условиях сопряжения полей на границах раздела многосвязных областей и электрических условиях.Решение задачи сведено к решению бесконечной системы линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных коэффициентов разложений полей в ряды по волновым функциям.Анализ результатов численных расчетов, выполненных на основе полученных аналитических соотношений, позволил установить ряд закономерностей в электромеханоакустическом преобразовании энергии излучателями в составе плоских систем. При этом учтены: взаимодействие полей в процессе преобразования энергии; взаимодействие излучателей и системы по акустическому полю; степень нарушения радиальной симметрии акустического нагружения излучателей от величины акустического взаимодействия; многомодовость механических полей излучателей в составе плоской системы и зависимость перераспределения энергии между модами колебаний от степени нарушения радиальной симметрии акустического нагружения излучателей

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ КРУГОВОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГО ПРИЕМНИКА В ПРИСУТСТВИИ ПЛОСКОГО АКУСТИЧЕСКИ МЯГКОГО ЭКРАНА

System in the form of a circular cylindrical piezoceramic transducer near a flat acoustic screen was analyzed. The aim of the work was to solve the problem of receiving plane sound waves by «cylindrical piezoceramic transducer – flat acoustically soft screen» system.Considered system was characterized by a violation of the radial symmetry of the radiation load of the transducer while maintaining the radial symmetry of the electric load. At the same time, the energy perceived by the system under consideration is distributed between all modes of oscillation of the transducer, while the conversion of mechanical energy into electric is realized only at zero mole of oscillations.Special attention was paid to the method of coupled fields in multiply connected domains using the imaging method. The design model of the «transducer–creen» system was formulated taking into account the interaction of acoustic, mechanical and electric fields in the process of energy conversion, the interaction of a cylindrical transducer with a flat screen and the interaction of a converter with elastic media outside and inside it. The physical fields of the system under consideration were determined by following solutions: the wave equation; equations of motion of thin piezoceramic cylindrical shells in displacements; equations of stimulated electrostatics for piezoceramics for given boundary conditions, conditions for coupling fields at interfaces and electrical conditions.A general conclusion was made concerning solving of an infinite system of linear algebraic equations with respect to the unknown coefficients of the expansion of the fields. As an example of the application of the obtained relations, a calculation was made and an analysis of the dependences of the electric fields of the system under consideration for various parameters of its construction on the direction of arrival on the plane wave system was conducted.Рассмотрена система в виде кругового цилиндрического пьезокерамического преобразователя вблизи плоского акустического экрана. Целью работы являлось решение задачи приема плоских звуковых волн системой «цилиндрический пьезокерамический преобразователь – плоский акустически мягкий экран» с учетом взаимодействия физических полей преобразователя между собой и преобразователя с окружающими ее упругими средами.Указанная система характеризуется нарушением радиальной симметрии радиационной нагрузки преобразователя при сохранении радиальной симметрии электрической нагрузки. При этом энергия, воспринимаемая рассматриваемой системой, распределяется между всеми модами колебаний преобразователя, в то время как преобразование механической энергии в электрическую осуществляется только на нулевой моле колебаний.Исследование осуществлялось методом связанных полей в многосвязных областях с привлечением метода изображений. Сформулирована расчетная модель системы «преобразователь-экран», позволяющая учесть взаимодействие акустического, механического и электрического полей в процессе преобразования энергии, взаимодействие цилиндрического преобразователя с плоским экраном и взаимодействие преобразователя с упругими средами вне и внутри его. Физические поля рассматриваемой системы определены путем совместного решения: волнового уравнения; уравнений движения тонких пьезокерамических цилиндрических оболочек в перемещениях; уравнений вынужденной электростатики для пьезокерамики при заданных граничных условиях, условиях сопряжения полей на границах раздела областей и электрических условиях.Решение задачи сведено к решению бесконечной системы линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных коэффициентов разложения полей. В качестве примера применения полученных соотношений произведен расчет и анализ зависимостей электрических полей рассматриваемой системы при различных параметрах ее построения от направления прихода на систему плоских волн

FEATURES OF ELECTROMECHANICAL ACOUSTIC ENERGY CONVERSION BY CYLINDRICAL PIEZOCERAMIC TRANSDUCERS WITH INTERNAL SCREENS IN COMPOSITION OF FLAT SYSTEMS

The problem of sound emission is considered by a system formed from cylindrical piezoceramic radiators with internal acoustically soft screens. Longitudinal axis of emitters lie in one plane. This system is characterized by the interaction of electric, mechanical and acoustic fields in the process of conversion electrical energy to acoustical energy and acoustic fields in the process of forming them in the environments. The purpose of the work is to determine the peculiarities of the electromechanical acoustic transformation of energy by cylindrical piezoceramic radiators with internal screens in the composition of flat systems, taking into account all types of interaction.The research was carried out by the method of bound fields in multiply connected domains with the use of addition theorems for the cylindrical wave functions. The physical fields arising from the emission of sound by such a system are determined by the joint solution of the system of differential equations: the wave equation; equations of motion of thin piezoceramic shells with circular polarization in displacements; the equations of forced electrostatics for piezoceramics at given boundary conditions, the conditions of conjugation of fields at the boundaries of the division of domains and electric conditions.The solution of the problem is reduced to the solution of an infinite system of linear algebraic equations with respect to unknown coefficients of field expansions.An analysis of the results of numerical calculations, performed on the basis of the obtained analytical relations, called to establish a number of features in the electromechanical acoustic transformation of energy by emitters in the composition of flat systems. They include: the role of acoustic interaction in the process of energy conversion; determination of the mechanism of quantitative assessment of the influence of interaction on these processes; the dependence of the degree of violation of the radial symmetry of the acoustic loading of the emitters on the amount of acoustic interaction; the appearance of multimodality of the mechanical field of emitters in the structure of the plane system and the dependence of the redistribution of energy between all modes on the degree of disturbance of the radial symmetry of the acoustic loading of the emitters

PHYSICAL FIELDS OF CIRCULAR CYLINDRICAL PIEZOCERAMIC RECEIVER IN PRESENCE OF A FLAT ACOUSTIC SOFT SCREEN

System in the form of a circular cylindrical piezoceramic transducer near a flat acoustic screen was analyzed. The aim of the work was to solve the problem of receiving plane sound waves by «cylindrical piezoceramic transducer – flat acoustically soft screen» system.Considered system was characterized by a violation of the radial symmetry of the radiation load of the transducer while maintaining the radial symmetry of the electric load. At the same time, the energy perceived by the system under consideration is distributed between all modes of oscillation of the transducer, while the conversion of mechanical energy into electric is realized only at zero mole of oscillations.Special attention was paid to the method of coupled fields in multiply connected domains using the imaging method. The design model of the «transducer–creen» system was formulated taking into account the interaction of acoustic, mechanical and electric fields in the process of energy conversion, the interaction of a cylindrical transducer with a flat screen and the interaction of a converter with elastic media outside and inside it. The physical fields of the system under consideration were determined by following solutions: the wave equation; equations of motion of thin piezoceramic cylindrical shells in displacements; equations of stimulated electrostatics for piezoceramics for given boundary conditions, conditions for coupling fields at interfaces and electrical conditions.A general conclusion was made concerning solving of an infinite system of linear algebraic equations with respect to the unknown coefficients of the expansion of the fields. As an example of the application of the obtained relations, a calculation was made and an analysis of the dependences of the electric fields of the system under consideration for various parameters of its construction on the direction of arrival on the plane wave system was conducted

Frequency properties of electrical fields of cylindrical sonar antenna with a flat baffle in the diametral plane

Полный текст доступен на сайте издания по подписке: http://radio.kpi.ua/article/view/S0021347016060054By means of method of coupled fields we obtain analytical relations describing electrical fields of cylindrical piezoceramic antennas with flat baffles in diametral plane. Numerical experiment results of frequency characteristics of antennas’ electrical fields dependently on parameters of antenna elements and embodiment are presented.Методом связанных полей найдены аналитические соотношения, описывающие электрические поля цилиндрических пьезокерамических антенн с плоским экраном в диаметральной плоскости. Представлены результаты численного анализа частотных свойств электрических полей антенн в зависимости от параметров образующих антенны элементов и конструктивного исполнения антенн

Physical fields of planar sonars which consists of cylindrical piezoceramic emitters

Методом зв’язаних полів в багатозв’язних областях вирішена задача випромінювання звуку планарною антенною решіткою, утвореною з циліндричних п’єзокерамічних випромінювачів силової та компенсованої конструкцій з окружною поляризацією, з урахуванням взаємодії електричних, механічних та звукових полів у процесі перетворення електричної енергії в акустичну та взаємодії випромінювачів в решітці по звуковому полю, зумовленої багатократним розсіюванням хвиль на елементах решітки. Отримані аналітичні співвідношення, що дозволяють виконати розрахунки параметрів всіх фізичних полів, що приймають участь в роботі.Using related fields method in multi related areas the problem of sound emitting by planar sonar, which consist of cylindrical piezoceramic emitters was solved. This solution allows us to take into account the interaction of electrical, mechanical and sound fields during the process of converting electrical energy into acoustical and the interaction of the transmitters in the sound field, which is caused by numerous reflections of sound waves from the elements of the sonar. The analytical expressions, that allow to compute characteristics of all physical fields, that take part in sonar operation were obtained.Методом связанных полей в многосвязных областях решена задача излучения звука планарной антенной решеткой, образованной из цилиндрических пьезокерамических излучателей силовой и компенсированной конструкций с окружной поляризацией, с учетом взаимодействия электрических, механических и звуковых полей в процессе преобразования электрической энергии в акустическую и взаимодействия излучателей в решетке по звуковому полю, обусловленного многократным рассеянием волн на элементах решетки. Получены аналитические выражения, позволяющие выполнять расчеты параметров всех физических полей, участвующих в работе антенны