Derin Okyanusunda Mühendislik Meydanları
Sualtı akustik cihazlar için malzemeler geliştirmek ciddi çevresel baskıları ortadan kaldırmak için talep eder. Deniz suyu, dissimilar metaller arasında koreal korozyonu hızlandıran bir elektrolit olarak hareket eder.Büyük derinlikler, hidrostatik baskı 100 MPa'yı aşabilir ve ısıtıcı yüzey suları arasındaki ısı geçişinin bozulmasına tehdit eder.Bu tür betonarmelerin tüm su uçları için yanlışleştirici bir şekilde sıkıştırılması gerekir.
Geleneksel deniz mühendisliği akustik performans üzerinde mekanik sertliği vurguladı. Bugün, beklentiler çok daha yüksek. Sonraki nesil cihazlar sinyal neslindeki aktif katılımcıları ve algılamayı gerektiren malzemeler gerektirir, sadece pasif konutlar için değil, polimerler, seramikler, metaller ve biyo-inspired mimariler için aramayı hızlandırmıştır.Bir yıldan fazla bir yıl boyunca görev süresine sahip olan derinlikler için çalışan yedekler için iten geri dönüşümlü yedekler için geri dönüşümlü olarak yeniden kullanılabilir.
Core Acoustic Material Properties
Akustik işlevsellik sualtı birkaç temel fizike bağlıdır.Ücretsiz:0)Acoustic impedance), yoğunluk ve ses hızının ürünü, bir arayüzde enerji ile ilgili ne kadar ses iletimin ne kadar akustik olduğunu gösterir. Low-attenasyon malzemeleri (yaklaşık 1.5 MRayl) en aza indirmek için çok fazla ısıtılır.
Akustik Impedance Matching
Transducer ve su arasındaki dürtü genellikle genel sistem verimliliğinin sınırlı faktörüdür. İki faktörden daha fazla, olay akustik enerjisi arayüze yansıtılır. mühendisler bunu çeyrek dalgalama katmanlarıyla ele alır, notlu aşındırıcı kompozitler veya akustik boynuzlar.Suların% 10'u engelleyerek - belirli poliurethan veya sintactic köpükler gibi - bu tür birleştirici tabakalar olmadan doğrudan darbeye yansıtılır.
Versatile Performansları ve Kompozitler
Polimerler encapsulation katmanları, akustik pencereler ve birçok sualtı akustik sistemleri arasında yapısal konutlar hizmet eder.ETHFLT:0)Polyurethane) mükemmel bir şekilde su içme alanı için yaygın olarak kullanılır (yaklaşık 1.5 MRayl), düşük su absorpsiyonları ve esneklik. Özel frekans aralıkları için yoğunluk ve sertlikte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek güçlendiriciler ve kablolamalar için yüksek çözünürlükte kullanılabilir.
Gelişmiş kompozit laminatlar, fiber takviyeyi sintactic köpük çekirdeği ile birleştirir - boş mikrosferlerle doluruz.Bu sintactic köpükler, akustik dürtüleri korurken aşırı derecede yüksek hidrostatik basınç sağlar.Bu malzemeler aynı anda yıllarca aktif olan bu malzemeler ve akustik şeffaflığı sağlar.
Akustik decoupling için, [[0)poli klorprene (neoprene)) ve diğer elastomerler yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş
Piezoelektrik Seramikleri: Transduction
Yüksek sadakatli nesil veya akustik sinyallerin tespit edilmesi gerektiğinde, pastazoelektrik seramikleri işhorse malzemeleridir.ETHFLT:0)Lead zirconate titanate (PZT)), yüksek pastazoelektrik katları (d33 > 300 pC/N) ve nispeten düşük maliyetli bir beton hattını kullanarak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.
[FONT:0) Tek kristal rahatlamak veya ferroelektrikler [Dönetici:0) ve yüksek çözünürlükte (PMN-PT) ile birlikte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylere sahip.
Non-lead seramikler çevresel düzenlemelere yanıt olarak ortaya çıkıyor. sodyum potasyum niobate (KNN) ve barium titanate (BT) sistemleri, Avrupa Birliği'nin istikrarı ve üretim tutarlılığı ile ilgili makul bir şekilde ilerlemektedir.Son zamanlarda, dokulu KNN seramikleri 400 pC/N'ye yaklaştı, düşük güç Hidrofon uygulamaları için bazı PZT notları ile rekabet ederler.
Metaller, Güçlülik ve Korozyon Direnişi
Metaller yapısal çerçeveler, baskı konutları ve derin deniz akustik ekipmanlarında elektrik kontakları için temel olarak kalır.(45 MRayl)Titanium alaşımları), hafif, yüksek güçlü uygulamalar için altın standarttır. yerli oksit tabakaları olağanüstü korozyon direnci sağlar ve nispeten düşük akustik emsallik (yaklaşık 27Londra) çelikle karşılaştırıldığında yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.
Metal akustik pencereler ve lensler eşsiz bir meydan okuma sunuyor: Su ile yakın bir şekilde eşleme elde edin.ETHFLT:0) Flash alaşımları) metalik bir matrixte gömülüp, hem akustik özellikleri elde etmek için metalik olarak şeffaf (belirli özellikler.) ve çarpışma için yeterince sağlam çelik kaplamalar için yeterince sağlam metal matrisler.
Yüzey kaplamaları metallerin faydasını genişletir. Elektrozmanyetik ko-tapositler, deniz sularından gelen metalik bileşenleri korumak için bir sonraki nesil su tesisatları ve akustik modem konutları azaltılır.To fight galvanic korozyon between dissimilar, mühendisler use izolasyon eklentileri using titanyum or takviyeli polimerler, heceler veya alüminyumlar ile birlikte kritik toplantılarda stratejik olarak yer alan bir şekilde betonarmeler.
Bio-Inspired ve Bio-Derived Çözümleri
Doğa, sualtı akustik çözümlerine ev sahipliği yaptı. Cetacean derisi, viskolestic özellikleri ile, aksi takdirde aşırı derecede biyolojik oğlumuza. mühendisleri bu etkiyi geliştirdi, mikro-tex serisine kendini azalttı, mikro-tazitsiz yüzeyleri alt tabakalara uygun olarak birleştirdi.
Balık otolithleri ve crustacean statocysts'in çalışması, derin deniz organizmalarının hassas ivmeye sahip olması nedeniyle (tök veya liderlik) yumuşak elastomerlerde, malzemeler, transdüser elemente ulaşmadan önce neredeyse mükemmel bir şekilde filtrelemek için ayarlanabilir.
Deniz biyolojisinden ödünç alınan stratejilerin de malzeme tasarımını dönüştürmektedir. Köpekbalığı cilt destekli mikro-bapları ve mussel-araplanmış yüzeyler, biyofilm birikimini toksik biyokitler olmadan önlemek için% 80 oranında uygulanır. Bu yaklaşım hem çevresel düzenlemeler hem de çok yıllık dağıtımları temizlemek için gerekli olan işlevsel ihtiyaçları karşılamak için.
Akustik Metamalzemeler ve Yapılı Kompozitler
Metamalzemeler - özellikle Helmholtz resonatörler veya laboratuar kanalları gibi, geleneksel olmayan şekillerde ses çıkarmak için yapılandırılan yüzeyler.Inwater uygulamaları negatif etkili yoğunluk ve toplu modları göstermiştir, diffüz limit ve akustik tıkanıklıkların ötesine odaklanır.
Phononic kristalleri, bir dizi metamalzemeler, grup boşlukları oluşturabilir - hassas hidrokarbonlara ulaşamadığı zaman AUV'lerden gelen motor gürültüyü engeller ve biyolojik veya geofizik seslerin periyodik dizilerini tasarlayarak, phononic kristalleri bir dizi malzemeyle bir dizi ölçekler ile en genişleyen, 5-50 dB'ye kadar ölçeklendirmek için.
Katkı üretimi bu yapılar için bir katalizör olmuştur. 3D baskı, metamalzeme davranışını tanımlayan karmaşık içsel geometrilerin kesin bir şekilde işlenmesine izin verir.]0)MIT Lincoln Laboratory[DT:1), sayı ve montajlı profillerin kullanımını azaltmıştır. Bazı araştırma grupları zaten yazdırılabilir PZT-polimer kompozitleri gösterir -örneğin, dövme noktaları ve eşleşen tabakalar - tek bir inşaat döngüsünde üretime doğru üretime doğru üretime doğru bir şekilde üretime doğru aktarılabilir.
Sonraki-Generation Cihazları için malzeme seçimi
Akustik bir cihaz için doğru deniz materyali seçmek, çift akustik, yapısal ve termal özelliklerle ilgili malzeme, 6.000 metre dağıtım için gerekli olan mekanik güçten yoksun olabilir, kimyasal olarak dayanıklı bir seçenek ultrasonik frekanslarda çok fazla kaybı olabilir. Modern mühendislik, çift akustik, yapısal ve ısıl bir yetenekle modelleme araçlarına dayanır.
AUVs için, ağırlık kritik. Karbon-fiber takviyeli polimer sintactic köpükler, sert basınç (E > 30 GPa), buoyluluk (düşükümlülük < 1.0 g/cm3) ve akustik pencere performansı için, sabit tutarken, metalik kompozitlere (cermetler) aşırı basınç ve transdüser stabilitesi on yıllar boyunca sağlar.
Geri Dönüş Endurance ve Reliability Hurdles
Uzun vadeli güvenilirlik genellikle bakım için alınamaz, bu nedenle malzemeler 10 ila 20 yıl boyunca kusursuz bir şekilde yapılmalıdır. Polimerik malzemeler tarafından plastikleşmeye, cam geçiş sıcaklıklarını azaltır ve mekanik ve akustik özellikleri değiştirir.Geçmiş yüzeylerde paryle veya elmas benzeri karbon gibi bariyerler, moleküler düzeyde betonarmelere neden olabilir. Yüksek sıcaklıklı banyo testleri dahil olmak üzere yüksek frekanslı basınçlar ile yüksek frekanslı basınçlar azaltılabilir.
Biyofouling, sadece ağırlık eklemez, aynı zamanda pencerelerin ve domeslerin akustik dürtüsünü değiştirir. Silikon bazlı foul-dönüş kaplamalar, organizmaların ultra platform hareket ettiğinde Hidrojektif, düşük enerjili yüzeylerin aşırı derecede düşman olmasını engelleyen hidrojektifler geliştirir.
Sürdürülebilirlik ve Çevre Sorumluluk
Deniz ortamı sadece operasyonel bir tiyatro değil, suyla veya biyo bazlı reçine sistemleri her iki işçi güvenliği ve okyanus kirliliğini ele alıyor, bağımsız seramiklere doğru geçiş yapıyor.Örneğin, gelişmiş kompozitler için üretim süreçleri genellikle toksik çözücüler veya monomerler içerir; su ile hareket etmek veya biyo-yapıcı reçine sistemleri hem işçi güvenliği hem de okyanus kirliliğini ele alır. Tasarım topluluğu, ayrı ayrı ayrı ve geri dönüştürülmüş malzemeler yaratmakta ve geri dönüştürülmüştür. Örneğin, sintactic köpükler termoplastik mikroişmanlarla yapılan sinerjik köpükler, termoplastik mikroişmanlar ve yeniden şekillendirilebilir.
Akustik dizilerde kullanılan en küçük malzemeler de incelenebilir. Geleneksel yüksek çözünürlükte atışlar, T-polimer kompozitleri tarafından değiştirilmekte ve toksik olmayan risklerden eşdeğer bir kitleye sahip olan ses-absorbing paneller, istenen akustik özellikleri korurken karbon ayak izin verilir.
Future Research
Deniz akustik malzemelerinin geleceği çok işlevsel bir entegrasyonta yatıyor. Ayrı konut yerine, transdüser ve akustik pencere, gelecekteki cihazlar algılama, güç depolama ve yapısal işlevleri tek bir malzeme sistemi üzerinde değerlendirecek.Bu entegre sistemler, algılama noktaları ve montajları kullanarak hataları azaltır.
Yapay zeka malzeme keşfini hızlandırıyor. Makine öğrenme algoritmaları akustik özellikleri, moleküler yapılar ve uzun vadeli çevresel istikrar, binlerce teorik bileşikleri gün içinde ekranlayabiliyor, sentez için umut verici adaylar tespit ediyor. Bu yaklaşım kısa geliştirme döngüleri, daha önce on yıl boyunca, yüksek seviyeli robotik deneylerle bir araya getiren, konseptten nitelikli deniz materyaline kadar boru hattı daha hızlı ve daha maliyetli hale geliyor. Örneğin, son AI-güdümlü bir arama, yeni öncül jezoelektrik kompozisyonları tespit etti.
Bir başka yön, kumandanlık ile sabitlenen elektroaktif polimerler, güç transferinin derinlik ve baskı değişimi olarak optimize edilmesine izin veren tek bir transdüsere izin verebilir.Bu akıllı malzemeler gerçekten mekanik geçiş olmadan daha geniş bir bant genişliğini kapsayacak şekilde. Magnetorheological elastomerler, akustik dürtüleri manyetik alanlar ile ayarlanabilir, derinlik veya hedef aralığı gibi bir uyumsuz bağlantı katmanını sağlayacaktır.
Son olarak, seramiklerin gücünü daha derin ve daha fazla özerk görevlere doğru itmek - yüksek elastik olmayan yüzeyler için test edilmiş gibi - mevcut performans sınırlarını aşan materyaller - geleneksel alaşımların deformasyon veya kırılımcıları bir araya getiren, bu yenilikler, metallerin verimliliğini bir şekilde birleştirmektedir.