低频宽带水声换能器研究-水声工程专业论文.docx

分类号： 密级： U D C ： 编号： 工学博士学位论文 低频宽带水声换能器研究 博士研究生 ：桑永杰 指 导 教 师 ：杨士莪 教授 学 位 级 别 ：工学博士 学科、专业 ：水声工程 所 在 单 位 ：水声工程学院 论文提交日期 ：2014 年 10 月 论文答辩日期 ：2015 年 1 月 学位授予单位 ：哈尔滨工程大学 Classified Index: U.D.C: A Dissertation for the Degree of D.Eng Study on Low Frequency Broadband Underwater Acoustic Transducer Candidate: Sang Yongjie Supervisor: Prof. Yang Shie Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering Specialty: Underwater Acoustic Engineering Date of Submission: October, 2014 Date of Oral Examination: January, 2015 University: Harbin Engineering University 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。 有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注 明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者(签字)： 日期： 年 月 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进 行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的 全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一 署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文(□在授予学位后即可 □在授予学位 12 个月后 □解密后)由哈尔滨工程大学 送交有关部门进行保存、汇编等。 作者(签字)： 导师(签字)： 日期： 年 月 日 年 月 日 低频宽带水声换能器研究 低频宽带水声换能器研究 哈尔滨工程大学博士学位论文 哈尔滨工程大学博士学位论文 I I II II 摘 要 当前在海洋工程领域（如海底油气资源勘探）和基于声学手段的海洋环境监测领域 （如海洋声层析、大洋声学测温）对低频宽带大功率换能器的需求越来越强烈；在现代 水声对抗技术领域，也要求水声换能器及基阵具有低频、宽带、大功率、深水工作特性 以实现主动反潜、远距离水声通信等任务。 此外，舰船的辐射噪声及多数鱼群噪声也主要集中在十几赫兹到数百赫兹超低频 段，进行超低频水声换能器研究对于研制舰船辐射噪声模拟器、声诱饵、干扰器等水声 对抗器材也具有现实意义。 本论文的研究内容为研究工作频段为20Hz-3kHz的低频宽带水声换能器的实现方 式、设计方法、工作原理、制作工艺等。研究中采用了按工作频带分段设计的方法，主 要内容包括两部分： （ 1 ） 利 用 Janus 纵 振 动 换 能 器 加 Helmholtz 谐振腔结构， 实 现 工 作 频 段 为 400Hz-3000Hz，最大声源级不小于200dB，工作深度不小于1000m的低频大功率深水换 能器设计。在Janus-Helmholtz换能器的结构基础上提出一种多液腔Janus-Helmholtz水声 换能器，用来拓展Janus-Helmholtz换能器的上限工作频率。 首先，研究了Janus-Helmholtz水声换能器的基础理论问题，如给出了Janus-Helmholtz 水声换能器的等效电路、研究了Janus-Helmholtz水声换能器宽带工作的机理、Helmholtz 腔壁的弹性对液腔振动的影响规律、液腔振动和 Janus换能器振动之间的互辐射对 Janus-Helmholtz换能器性能的影响等。 其次，利用有限元方法（基于ANSYS软件）对Janus-Helmholtz水声换能器进行性能 随结构参数变化规律研究，如研究了液腔开口长度、腔体壁厚及材质等几个主要结构尺 寸对工作带宽、液腔谐振频率等参数的影响规律；以工作带宽为设计目标 对 Janus-Helmholtz水声换能器进行了结构优化设计，得