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深海溢流Ⅳ型宽带弯张换能器研究
| 论文题名： | 深海溢流Ⅳ型宽带弯张换能器研究 |
| 关键词： | 潜水艇;弯张换能器;液腔振动;溢流结构;宽带发射 |
| 摘要： | 在军事应用中，近几十年来潜艇的声安静技术大幅进步，各国的先进潜艇已能够隐藏在海洋噪声中。潜艇表面覆盖的新材料消声瓦使得1kHz以上的声波难以对其进行有效探测，只依靠被动声呐进行探测已经不能再满足探测潜艇的需求。远程探测潜艇需要用主动声呐进行配合。低频、大功率、大工作深度成为远程主动声呐研究的重难点。Ⅳ型弯张换能器拥有低频、大功率、小尺寸的特点，大量应用于主动声纳系统中。但Ⅳ型弯张换能器同时有不耐压、工作频带窄的缺点，在深海应用中有所限制。本文提出了一种新型结构的三壳体Ⅳ型弯张换能器，使换能器在兼具低频、大功率、小尺寸的前提下，能够进行深水、宽带发射。 本文首先介绍了Ⅳ型弯张换能器的发展概况和工作特点，介绍了换能器低频特点和宽带特点的基本实现方法。 然后提出了ANSYS仿真液腔振动模态的方法，采用这种方法对圆柱形液腔和椭圆形液腔进行了仿真分析。分析了Ⅳ型弯张换能器在液腔振动时的纯液腔振动规律、壳体振动规律以及两者的相互影响作用。对壳体各主要参数对液腔的影响进行了仿真分析，得到各参数对液腔影响的规律。提出了三壳体Ⅳ型弯张换能器的设计方案，利用ANSYS建立了换能器的空气中和水中模型，分析了样机的发射特性和液腔发射特性。设计的换能器为溢流式，工作频带为1.2kHz～2.8kHz，带内起伏8dB，最高发射电压响应为136.2dB。 最后对设计的样机进行预应力分析，制作、加工三壳体IV型弯张换能器样机各元件。装配后进行水池测试。实验测得换能器样机工作频率为1.1kHz~3kHz，最大发射电压响应136dB，最大声源级为197.5dB，带内起伏7dB，与ANSYS有限元软件仿真规律基本吻合。 结果表明，三壳体溢流的设计，有效减小了溢流结构扰流的影响，在溢流情况下实现了大功率发射，同时有效地降低了液腔振动模态频率，利用多模态耦合原理，实现了Ⅳ型弯张换能器的宽带发射。同时该结果验证了本文提出的有限元仿真液腔的方法，该方法对液腔设计具有指导意义。 |
| 作者： | 程凡 |
| 专业： | 水声工程 |
| 导师： | 蓝宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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