Українські вчені розкрили унікальні механізми взаємодії електричних, механічних та акустичних полів

Колектив українських науковців з різних установ, зокрема Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Державного університету інфраструктури та технологій, Центрального науково-дослідного інституту озброєння та військової техніки Збройних Сил України та інших інституцій, провів фундаментальне дослідження процесів перетворення електричної енергії в механічну та акустичну в складних радіаційних системах.

Дослідження зосереджено на вивченні унікальних фізичних механізмів взаємодії електричних, механічних та акустичних полів у колі циліндричних п'єзокерамічних випромінювачів з екраном. Науковці розробили складну математичну модель, яка дозволяє детально проаналізувати процеси енергетичного обміну в таких системах.

Ключова особливість дослідження полягає у вивченні взаємозв'язку різних фізичних полів під час перетворення електричної енергії. Виявилося, що при радіально симетричному електричному збудженні циліндричних п'єзокерамічних випромінювачів взаємодія електричного та механічного полів відбувається переважно в нульовому режимі коливань.

Вчені встановили, що взаємодія механічних полів випромінювачів з акустичним полем системи є набагато складнішим процесом. Визначальну роль відіграє взаємодія акустичних полів елементів системи у зовнішньому просторі. Внаслідок цієї взаємодії порушується радіальна симетрія акустичного навантаження одного циліндричного випромінювача, що призводить до багатомодового характеру випромінювання.

Дослідження показало, що при збільшенні відстані між елементами системи форми частотних залежностей, частоти новостворених власних механічних резонансів системи та амплітуди їхніх коливальних швидкостей змінюються. При великих відстанях багаторазовий обмін випроміненими та відбитими хвилями між елементами системи слабшає, а частотні характеристики всіх випромінювачів стають однаковими.

Науковці розробили аналітичні співвідношення та за допомогою чисельного експерименту виявили якісні та кількісні закономірності впливу досліджених взаємодій на випромінювання звуку круговими системами з екраном. Експериментальні дослідження проводилися з використанням системи з трьох циліндричних радіаторів з параметрами: радіус 0,068 м, товщина 0,008 м, кількість паралельно з'єднаних призм 48.

Важливим результатом дослідження стало виявлення самодіючих резонансних частот, які у 5−10 разів нижчі за частоти механічного резонансу п'єзокерамічних оболонок випромінювачів системи. Це відкриває нові перспективи для розроблення більш ефективних акустичних систем.

Отримані наукові результати мають значний потенціал застосування в різних галузях, зокрема в гідроакустиці, медичній діагностиці, неруйнівному контролі та інших сферах, де важливе точне перетворення електричної енергії в акустичну.