А.К. Бритенков – к.ф.-м.н., науч. сотрудник, Институт прикладной физики РАН (г. Н. Новгород);  доцент, кафедра радиотехники, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского E-mail: britenkov@ipfran.ru

Б.Н. Боголюбов – к.т.н., зав. лабораторией прикладной гидроакустики,  Институт прикладной физики РАН (г. Н. Новгород)

E-mail: boris@ipfran.ru

В.А. Фарфель – науч. сотрудник, 

Институт прикладной физики РАН (г. Н. Новгород)

E-mail: vicfar@ipfran.ru

С.Ю. Смирнов – вед. инженер, лаборатория проектирования технических средств гидроакустики,  Институт прикладной физики РАН (г. Н. Новгород)

E-mail: s.smirnov@appl.sci-nnov.ru

Н.Ю. Круглов – ген. директор 

ООО «НТЦ «Северо-Западная Лаборатория» (Санкт-Петербург)

E-mail: n.kruglov@ferrite.ru

Д.Н. Кушнерёв – технический директор 

ООО «НТЦ «Северо-Западная Лаборатория» (Санкт-Петербург) E-mail: d.kushnerev@ferrite.ru

Постановка проблемы: одной из актуальных проблем гидроакустики является создание мощных низкочастотных излучающих комплексов, развивающих давление в сотни тысяч Паскаль на метр в диапазоне частот до 1000 Гц. Гидроакустические излучатели таких комплексов имеют, как правило, большие габаритные  размеры (до 3 м), большую массу (до 5 т) и высокую стоимость. Для эффективной работы излучающего комплекса необходимо согласование системы возбуждения и преобразователя. Использование электрических эквивалентов излучателей сокращает стоимость и сроки разработки согласующих устройств, однако накладывает специфические требования на расчет и изготовление эквивалентов мощных излучателей из-за высокой интенсивности излучения. Так, большая индуктивность дросселя электрического эквивалента преобразователя и высокие уровни действующего напряжения осложняет обеспечение электрической прочности и соответствие расчетным характеристикам. Цель: провести расчет и создать алгоритм разработки мощных низкочастотных гидроакустических преобразователей.

Результаты: приведенные расчеты и алгоритм разработки позволяют упростить изготовление эквивалента излучателя и снизить его стоимость, сохраняя идентичность параметрам эквивалентной схемы преобразователя.

Практическая значимость: приведенная методика может быть успешно использована и для других инженерных приложений радиотехники и гидроакустики, а также для разработки активных электрических эквивалентов и эквивалентов протяженных излучающих систем.

1. Справочник по технической акустике / Под ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера. Л.: Судостроение. 1980. 440 с.
2. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. СПб: Наука. 2004. 410 с.
3. Moscaa F., Matte G., Shimura T. Low-frequency source for very long-range underwater communication // J. Acoust. Soc. Am. 2013. V. 133(1). P. EL61–EL67.
4. Quer R., Dasseux Ch. Increasing depth capability of «Diabolo» flextensional transducer for active linear arrays // Proc. of the Institute of Acoustics. 1999. V. 21. P. 117−125.
5. Lin S., Xu J. Effect of the matching circuit on the electromechanical characteristics of sandwiched piezoelectric transducers // Sensors. 2017. V. 17(2). P. 329.
6. Yasin M., Ali S., Usmani S.H., Khan M.U. Broad band impedance matching transformer design consideration for high power electroacoustic transducer // J. Electrical Systems. 2018. 14(3). P. 26−35.
7. Perny M., Vary M., Saly V., Packa J. Impedance spectroscopy as a powerful tool for characterization of devices for electric power engineering // Proceedings of the 8th international scientific symposium on electrical power engineering (Elektroenergetika 2015). Stara Lesna (Slovakia). 2015. P. 292−295.
8. Фурдуев В.В. Акустические основы вещания. М.: Книга по требованию. 2012. 103 с.
9. Yildiz A.B. Electrical equivalent circuit based modeling and analysis of direct current motors // Int. J. of Electrical Power & Energy Systems. 2012. V. 43(1). № 12. P. 1043−1047.
10. Рассадин А.Э. Об одном конструктивном алгоритме построения антенных эквивалентов // Тез. докл. ВНКСФ-12. Новосибирск. 2006. С. 648.
11. Бакунов М.И., Рогожин И.Ю. Аналоговое моделирование эффекта расщепления электромагнитного импульса // Физика плазмы. 1997. Т. 23. № 5. С. 402−407.
12. Grossi M., Riccò B. Electrical impedance spectroscopy (EIS) for biological analysis and food characterization: a review // J. Sens. Sens. Syst. 2017. V. 6. P. 303−325.
13. Huang W., Chen D., Baker E.M., Zhou J., Hsieh H., Lee F.C. Design of a Power Piezoelectric Transformer for a PFC Electronic Ballast // IEEE Trans. Ind. Electron. 2007. V. 54(6). P. 3197−3204.
14. Богородский В.В., Зубарев Л.А., Корепин Е.А., Якушев В.И. Подводные электроакустические преобразователи. JI.: Судостроение. 1983. 248 c.
15. Андреев М.Я., Боголюбов Б.Н., Клюшин В.В., Рубанов И.Л. Низкочастотный малогабаритный продольно-изгибный электроакустический преобразователь // Датчики и системы. 2010. № 12. С. 51.
16. Roes M.G., Duarte J.L., Hendrix M.A., Lomonova E.A. Acoustic Energy Transfer: A Review // IEEE Trans. Ind. Electron. 2013. V. 60. P. 242−248.
17. Боголюбов Б.Н., Кирсанов А.В., Леонов И.И., Смирнов C.А., Фарфель В.А. Расчет и экспериментальные исследования компактного продольно-изгибного гидроакустического преобразователя с центральной частотой излучения 520 Гц // Гидроакустика. 2015. № 23(3). С. 20−26.
18. Woolet R. Sonar Transducer Fundumentals. Newport – New London: Naval Underwater Systems Center. 1986. 102 р.
19. Калантаров П.А., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: cправочная книга. Л.: Энергоатомиздат. 1986. 488 с.
20. Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. JI.: Судостроение. 1980. 232 с.
21. Котенёв С.В., Евсеев А.Н. Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей. М.: Горячая линия – Телеком. 2013. 360 с.
22. The impedance-matching design and simulation on high power elctro-acoustical transducer // Sensors and Actuators A Physical. 2004. V. 115(1). P. 38−45.
23. Воинов Б.С. Информационные технологии и системы. М.: Наука. 2003. 655 с.
24. Арутюнов Е.А., Бородин О.Н., Дробязко А.А., Чащин Е.А., Шашок П.А. Проектирование силовых трансформаторов с использованием методов оптимизации // Омский научный вестник. Омский государственный технический университет. 2017. № 6(156). С. 47−53.
25. Сапронов А.А., Зибров В.А., Воробьев С.В. Применение пьезоэлектрических преобразователей в системе дистанционного мониторинга потребляемых водных ресурсов в сфере жилищно-коммунального хозяйства // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2010. Т. 6. № 1. С. 35−40.
26. Александров В.А., Майоров В.А., Басов В.В. Исследование импедансных характеристик каналов передающих трактов на основе активных эквивалентных схем замещения гидроакустических преобразователей // Труды XIV Всерос. конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» ГА-2018. Санкт-Петербург. 2018. С. 114−116.
27. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Л.: Судостроение. 1984. 304 c.