The properties of electric fields of hydroacoustic piezoceramic radiators with internal acoustically soft baffels in a wide range of frequencies depending on the size of the baffels have been studied. The studies were carried out taking into account the interaction of physical fields in the process of energy conversion and interaction of the piezoceramic shell and baffel on the acoustic field during the formation of energy in the surrounding space. The analytical relations that describe these physical fields are related to the general solution of three differential equations - the wave equation, the equation of electromechanical oscillations of the electroelastic piezoelectric shell and the equation of state of this piezoelectric shell. The solution of the problem is to solve the problem by means of the known methods of infinite system of linear algebraic equations concerning the unknown coefficients of decomposition of mechanical and acoustic fields of radiation in the Fourier series. The regularities in the frequency behavior of the total capacitive and dynamic currents of electric excitation of the radiators of hydroacoustic stations and the total, active and reactive input electrical resistance of these radiators are established. The complexity of constructing the matching devices for generators and radiators in the radiation devices of hydroacoustic stations is shown. It is established that by selecting the size of internal baffels it is possible to effectively control the parameters of electric fields of shielded radiators in different frequency ranges of hydroacoustic stations operation. At small sizes ofinternal baffels and preservation of the sizes of hydroacoustic radiators in the field of low frequencies there are new resonant frequencies which are two times less in size, than the basic resonant frequency of the shielded radiator. At the same time, the new resonant frequencies have greater efficiency in converting electrical energy into acoustic energy. The use of these frequencies increases the range of the hydro-acoustic station.

The properties of electric fields of hydroacoustic piezoceramic radiators with internal acoustically soft baffels in a wide range of frequencies depending on the size of the baffels have been studied. The studies were carried out taking into account the interaction of physical fields in the process of energy conversion and interaction of the piezoceramic shell and baffel on the acoustic field during the formation of energy in the surrounding space. The analytical relations that describe these physical fields are related to the general solution of three differential equations - the wave equation, the equation of electromechanical oscillations of the electroelastic piezoelectric shell and the equation of state of this piezoelectric shell. The solution of the problem is to solve the problem by means of the known methods of infinite system of linear algebraic equations concerning the unknown coefficients of decomposition of mechanical and acoustic fields of radiation in the Fourier series. The regularities in the frequency behavior of the total capacitive and dynamic currents of electric excitation of the radiators of hydroacoustic stations and the total, active and reactive input electrical resistance of these radiators are established. The complexity of constructing the matching devices for generators and radiators in the radiation devices of hydroacoustic stations is shown. It is established that by selecting the size of internal baffels it is possible to effectively control the parameters of electric fields of shielded radiators in different frequency ranges of hydroacoustic stations operation. At small sizes ofinternal baffels and preservation of the sizes of hydroacoustic radiators in the field of low frequencies there are new resonant frequencies which are two times less in size, than the basic resonant frequency of the shielded radiator. At the same time, the new resonant frequencies have greater efficiency in converting electrical energy into acoustic energy. The use of these frequencies increases the range of the hydro-acoustic station.

Проведено дослідження частотних і кутових характеристик амплітуд і фаз акустичних полів циліндричних гідроакустичних випромінювачів, утворених із п'єзокерамічної оболонки, пружного середовища і акустично м'якого екрану, в залежності від розмірів екранів і відстані між поздовжніми вісями оболонки та екрану. Встановлено, що така технічна реалізація випромінювачів суттєво збагачує спектр резонансного випромінювання гідроакустичних станцій і далеко поширює його в низькочастотну область порівняно з гідроакустичними станціями на основі випромінювачів без внутрішніх екранів. Кількість заново генерованих частот резонансного випромінювання, їх розміщення по низькочастотному (0 - 6000 Гц), резонансному (7000 - 14 000 Гц) і високочастотному (більше 14 000 Гц) діапазонах та амплітуди гідроакустичних сигналів на частотах резонансного випромінювання регулюють вибором розмірів діаметрів або відстані між поздовжніми вісями оболонки та екрану. При цьому без змін розмірів випромінювачів в низькочастотній області їх резонансні частоти можуть бути в 2 - 5 разів меншими, а резонансні випромінювання гідроакустичних сигналів при однаковій електричній напрузі збудження порівняними або значно більшими відносно основної резонансної частоти випромінювачів без екранів. Оскільки сучасні гідроакустичні станції не мають внутрішніх екранів у складі своїх випромінювачів, то перехід в них до конструкції випромінювачів з внутрішніми екранами повинен забезпечити збільшення ефективності гідроакустичних станцій в частині ефективної реалізації різних режимів роботи на одній гідроакустичній антені, збільшення енергетичної дальності та точності виявлення об'єктів на цих режимах.

Виконані дослідження частотних і фазових характеристик акустичних полів циліндричних гідроакустичних випромінювачів, утворених із п'єзокерамічної оболонки, пружного середовища і внутрішнього акустично м'якого екрану, в залежності від фізичних характеристик заповнюючого середовища. Встановлено, що вибором густини та швидкості поширення звуку в рідині, яка наповнює внутрішній об'єм випромінювача, можливо регулювати спектр резонансного випромінювання гідроакустичних станцій (ГАС), збагачуючи його в потрібній для роботи ГАС частотній області. При зменшенні значень густини та швидкості звуку в заповнюючій рідині резонансне випромінювання звуку поширюється далеко вниз в діапазоні частот 0 - 8000 Гц, при збільшенні цих значень - далеко вверх в частотному діапазоні 14 000 - 20 000 Гц. І все це має місце без змін габаритних розмірів випромінювачів. Показано, що такі параметри ефективності ГАС як дальність дії і роздільна здатність в значній мірі визначаються характеристиками елементів конструкції гідроакустичних антен цих ГАС.

Приведено результати досліджень чисельними методами властивостей електричних полів п'єзокерамічних гідроакустичних випромінювачів з внутрішніми екранами в залежності від фізичних характеристик рідин, заповнюючих внутрішні об'єми конструкцій випромінювачів. Порівняно з водозаповненими досліджені конструкції, заповнені більш легкими (гас) та більш важкими (гліцерин) ніж вода рідинами при великих, середніх і малих об'ємах заповнення. В широкому діапазоні частот встановлені закономірності змін повного струму та його ємнісної і динамічної складових в залежності від об'ємів рідин та їх хвильових опорів. Визначено особливості цих змін та фізичні причини їх походження. Показана важливість одержаних результатів для управління параметрами випромінювачів при їх виготовленні та модернізації. Показано, що в циліндричних п'єзокерамічних гідроакустичних випромінювачах з внутрішніми екранами фізичні характеристики заповнюючих рідин, що входять до складу конструкцій випромінювачів, суттєвим чином впливають на кількісні закономірності частотної поведінки електричних струмів, збуджуючих випромінювачі. Встановлено, що зміна об'ємів і хвильових опорів заповнюючих рідин суттєво змінює кількісні частотні залежності струмів збудження. При великих об'ємах і малих хвильових опорах кількість резонансних сплесків струму збудження найбільша і вони найдальше заходять у низькочастотну область. При середніх об'ємах заповнюючих рідин резонансні сплески струму в низькочастотній області зникають і переміщуються в резонансну і високочастотну області. При малих об'ємах рідин частотні залежності струмів збудження мають лише один резонансний сплеск амплітуди струму збудження. Встановлені закономірності дозволяють змінювати технологічно не складним чином параметри гідроакустичних випромінювачів при їх виготовлені або модернізації з метою підвищення їх ефективності або узгодження із збуджуючими генераторними пристроями гідроакустичних станцій.

Суміщення в одній ГАС багатьох режимів роботи вимагає перегляду підходів до структури побудови та організації їх роботи. Одним з них є перехід до динамічних методів управління параметрами гідроакустичної антени цих станцій. Найбільш просто технічно це можна реалізувати, використовуючи електричну сторону гідроакустичних перетворювачів антен. Певні можливості в динамічному управлінні параметрами антен проявляються і в заміні пасивних акустичних екранів активними п'єзокерамічними оболонками. Стосовно гідроакустичних антен, утворених із п'єзокерамічного перетворювача і екрану, методом зв'язаних полів в багатозв'язаних областях одержані аналітичні співвідношення, які дозволяють кількісно оцінити можливості динамічного управління параметрами гідроакустичної антени. Встановлено, що параметри механічних полів п'єзокерамічних оболонок визначаються як внутрішніми, так і зовнішніми акустичними полями, які в свою чергу залежать від густин і швидкостей звуку внутрішніх і зовнішніх пружних середовищ. Поставлено задачу підвищення ефективності гідроакустичної станції шляхом використання в ній гідроакустичної антени з активним акустичними екраном. Електричне керування акустичними властивостями такого екрану може забезпечити широкі динамічні можливості акустичної антени та технічну реалізацію завдяки цьому в одній гідроакустичній станції кількох режимів її роботи. Проведено якісний аналіз впливу окремих фізичних факторів і їх математичних аналогів в одержаних аналітичних співвідношеннях на динамічні властивості полів. Проведено якісний аналіз цих можливостей, виходячи із аналізу фізичних смислів складових одержаних аналітичних співвідношень. Показано, що в такій постановці є багато фізичних факторів і їх математичних еквівалентів управління динамічними властивостями гідроакустичних антен.

Обгрунтовано необхідність застосування в гідроакустичних станціях з глибоководними антенами змінної глибини акустичних екранів жорсткого типу. Методом зв'язаних полів в багатозв'язних областях для антен, утворених із циліндричних п'єзокерамічних випромінювачів з жорсткими екранами у вигляд незамкнутих кілець кінцевої товщини одержані аналітичні вирази для розрахунків акустичних полів таких випромінювачів. При розв'язку задачі "наскрізного" випромінювання екранованим випромінювачем враховані взаємодії: електричних, механічних і акустичних полів при перетворенні енергії; акустичних полів оболонки екрану при формуванні енергії; процесів перетворення і формування енергії. Наведено кількісні результати розрахунків акустичних полів за одержаними виразами. Виконано аналіз акустичних властивостей випромінювачів, екранованих жорстким екраном. Показано, що в гідроакустичних станціях з глибоководними антенами змінної глибини найбільш доцільним є застосування акустичних екранів жорсткого типу. Методом зв'язаних полів в багатозв'язаних областях розв'язана "наскрізна" задача випромінювання звуку циліндричними п'єзокерамічної гідроакустичним перетворювачем, екранованим акустичним екраном жорсткого типу у вигляді незамкнутого кільцевого шару конечної товщини. При цьому враховані зв'язок електричного, механічного і акустичного полів при перетворенні енергії, зв'язок акустичних полів п'єзо-керамічної оболонки і екрану при формуванні акустичних полів випромінювача з екраном і взаємодія процесів перетворення і формування енергії між собою. Виконано кількісні розрахунки направлених властивостей акустичних полів екранованих випромінювачів в залежності від частоти випромінювання звуку та кута розкриву жорсткого екрану і проведено їх фізичний аналіз. Результати виконаних досліджень можуть бути використані при розробці та експлуатації гідроакустичних станцій з глибоководними антенами змінної глибини.

Розглянуто питання спотворень акустичних сигналів, які випромінюються п'єзоелектричними перетворювачами, по відношенню до електричних сигналів збудження. Експериментальним шляхом показано, що в акустичних локаційних системах збуджуючі електричні імпульсні сигнали суттєво відрізняються від випромінюваних ними акустичних імпульсів. Дослідження проводилося на циліндричному п'єзокерамічному перетворювачі. Причиною цих відмінностей є наявність в складі локаційних систем п'єзокерамічних електромеханічних перетворювачів. Їх резонансні коливальні системи утворені двома контурами - електричним і механічним, пов'язаними між собою ідеальним електромеханічним трансформатором. Фізичні властивості цих контурів суттєво розрізняються між собою за своїми призначеннями і властивостями. Електричний контур перетворювача бере участь тільки у перетворенні енергії, а його механічний контур - і в перетворенні енергії, і у її формуванні в навколишньому середовищі. Основною відмінністю контурів у властивостях є значна інерційність механічного контуру, як механічної резонансної коливальної системи, і інерційність навантажувального ним середовища при випромінюванні звуку. Саме цим пояснюється виникнення перехідних процесів при формуванні акустичних імпульсів і їх відсутність при формуванні електричних імпульсів. Експериментальним шляхом встановлено, що спотворення акустичних імпульсів зумовлені перехідними процесами. Вони полягають у плавному наростанні переднього фронту акустичного імпульсу і спаданні його заднього фронту, а також появі на початку і в кінці коротких, різких "сплесків" амплітуд акустичних тисків. Показано, що величина і характер прояву динамічних спотворень акустичних імпульсів залежать від співвідношення частот гармонійного заповнення електричних імпульсів і частоти механічного резонансу п'єзокерамічного електромеханічного перетворювача. Було досліджено частоти заповнення 3,5; 7 і 10 кГц, які відповідають частотам нижче механічного резонансу перетворювача, частоті резонансу і частотам вище механічного резонансу. Зроблено висновок про необхідність оцінки здібностей акустичних локаційних пристроїв по їх акустичним імпульсам випромінювання і прийому.

Тенденція зниження робочих частот гідроакустичних станцій, при збереженні їх спрямованих властивостей, їх багатофункціональність і відсутність можливостей збільшення розмірів корабельних відсіків, в яких розміщуються гідроакустичні антени, змушує здійснювати пошук шляхів динамічного управління параметрами гідроакустичних антен і утворюючих їх перетворювачів. Оскільки гідроакустичні перетворювачі являють собою електромеханічні коливальні системи, що утворюються із двох зв'язаних між собою в єдиній конструкції частин - електричної та механічної, то для технічної реалізації задачі динамічного управління параметрами перетворювачів необхідно використовувати саме електричну частину. При побудові п'єзокерамічних гідроакустичних перетворювачів з динамічно керованими параметрами з електричної сторони характер поляризації п'єзокерамічних елементів відіграє важливу роль. Але для визначення кількісно цієї ролі залежно від того, яку поляризацію - радіальну чи окружну мають п'єзоелементи перетворювача, необхідні відповідні розрахункові співвідношення. Показано, що при визначенні аналітичних співвідношень, які описують фізичні поля циліндричного п'єзокерамічного гідроакустичного перетворювача при його збудженні динамічно керованим сигналом з електричної сторони, характер поляризації застосованих п'єзоелементів набуває принципово важливого значення. За методом зв'язаних полів в багатозв'язних областях з урахуванням зв'язаності фізичних полів в п'єзокерамічних середовищах при перетворенні енергії і акустичної взаємодії оболонок, утворюючих перетворювач, одержано розрахункові вирази, що надають змогу кількісно оцінити залежності параметрів електричних, механічних і акустичних полів при оперативній зміні амплітуд і фаз електричних напруг збудження п'єзокерамічних оболонок гідроакустичного перетворювача.

Збільшення дальності дії гідроакустичних станцій визначається можливостями збільшення ефективного випромінювання ними акустичних потужностей. Але ці можливості обмежуються рядом фізичних факторів, пов'язаних з електричними, механічними і акустичним: полями випромінювачів гідроакустичних станцій. Кожне із вказаних фізичних полів створює для гідроакустичної станції свої обмежуючі фактори в режимі випромінювання енергії. В акустичному полі обмежуючим фактором виступає явище кавітації і пов'язаний з ним поріг кавітації рідини. Це зумовлює зростання механічних напружень в конструкціях гідроакустичних перетворювачів. Наявність механічного поля є причиною появ: фізичних факторів, обмежуючих величину випромінювання, оскільки п'єзокераміка критична до розтягуючих зусиль. Максимальна випромінювана потужність визначається максимальною електричною потужністю, яку можна "закачати" в п'єзокерамічний перетворювач. Остання ж обмежується допустимими значеннями напруженості електричного поля. Саме їх величина є обмежувальним фізичним (фактором зі сторони електричного поля. Наявність при випромінюванні звуку процесу перетворення електричної енергії в механічну, а механічної в акустичну обов'язково породжує появу теплового поля, зумовлюючого розігрів п'єзокерамічних перетворювачів. Визначено ці обмежуючі фізичні фактори і встановлено зв'язок їх впливу на величину випромінюваної потужності гідроакустичної станції. Показано залежність цього впливу від шляхів технічної реалізації електричного збудження гідроакустичних випромінювачів. Проведено якісний аналіз переваг і недоліків трьох принципово різних шляхів електричного збудження випромінювачів при збільшенні ними випромінюваної потужності. Встановлено існуючий стан розрахункового забезпечення практичної реалізації наведених шляхів збільшення випромінюваних потужностей гідроакустичних станцій.