3种辐射头水声宽带换能器设计及布阵技术应用

为了充分利用声纳的布阵空间,增加辐射面积,从而提高声纳基阵的整体性能,采用了有限元分析方法,借助ANSYS软件设计了圆形、方形和六边形辐射头水声宽带换能器.在辐射面积、压电元件和长度等要素相同的条件下,仿真计算了3种不同形状的辐射头对水声宽带换能器谐振频率、发送电压响应、自由场电压接收灵敏度和收发频带宽度等性能的影响,并对结构进行了优化;研制了3种不同形状辐射头换能器并进行了水池试验,测试结果与计算结果具有较好的一致性.最后,在声纳开窗尺寸相同的情况下,对3种换能器的布阵效果进行了研究.     

匹配层结构Tonpilz水声换能器的有限元分析

研究了含匹配层结构Tonpilz水声换能器的频带展宽问题。在其前辐射端端部粘结上适当的弹性材料,形成的阻抗匹配层可使换能器工作在多模状态,单层匹配层的情况下,合理选择匹配层的厚度可调整谐振点之间的距离,从而改善换能器的辐射特性。有限元分析结果表明：匹配层技术可有效拓展换能器频带。在案例假设条件下,粘结厚度为6mm的聚苯乙烯匹配层可将电导带宽从7kHz提高到20．4kHz,-3dB带宽可达到11．8kHz。     

双激励宽带水声换能器理论研究

如何有效提高水声换能器的工作带宽一直是水声界关注的热点，本文从理论上探讨了一种拓展水声换能器带宽的方法，对该类型水声换能器带宽影响较大的因素进行了详细的分析。仿真结果表明，通过调整中间质量块和后质量块的材料与尺寸可以有效地改善换能器的发射电压响应带宽。比较了有限元方法与传统一维（1D）等效电路方法，结果表明，传统1D等效电路方法也可以用来设计这种换能器，同时给出了设计该型宽带换能器的规律，对换能器设计人员有一定的参考价值。     

宽带水声发射系统换能器分段匹配方法研究

换能器与功率放大器之间的匹配网络设计是宽带大功率水声发射系统的关键技术之一。把水声换能器、功率放大器及其联系两者的匹配网络视为一整体,从系统的观点出发,提出了一种分频段匹配宽带水声换能器的处理方法。通过对水声换能器的导纳特性和发射电压响应的分析,合理地选择匹配网络参数。该方法能充分发挥换能器在不同频段中的特性,实现水声发射系统的宽频带工作。水池实验验证了该方案的有效性:在2~16 kHz带宽范围内,发射电压响应级起伏ΔTVR和发射声源级起伏ΔSL均得到改善,尤其在感兴趣的4~15 kHz的宽带范围内,功率因数得到显著改善,功放管耗明显降低,发射电压响应级起伏ΔTVR从21 dB降到14 dB,发射电压声源级起伏ΔSL从24 dB降到7 dB,但对功放的安全保护电路提出了更高的要求。     

鱼雷性能与武器系统性能匹配研究

研究了鱼雷速度和自导作用距离与武器系统误差的匹配问题，进行了仿真计算，计算结果表明，线导遥控鱼雷发现目标后，在自导导引过程中，因敌舷角等条件的变化，鱼雷会丢失目标，导致鱼雷命中概率降低，因此，应以发现概率与命中概率的乘积作为最优匹配的评定准则，提高自导导引时鱼雷速度是最优匹配的首要选择，给出了最优匹配的鱼雷参数。     

一种多模宽带水声换能器设计

随着水声信号处理技术的快速方展,需要从水声换能器获取更多的信息量,因而对水声换能器提出更高的带宽要求。本文设计了一种宽带纵振换能器,该换能器利用前盖板的弯曲振动与换能器的纵向振动耦合展宽频带。采用有限元方法模拟了换能器的电声特性,并制作了换能器样品。样品测试结果表明,换能器的带宽特性与模拟结果一致：发送电压响应级最大值139dB,-3dB带宽超过一个倍频程,且低频端小于15kHz。因此,该换能器具有低频、宽带、响应级高的优点。     

Cymbal 换能器技术的新进展

为有效提高谐振点附近的频带宽度、改善Cymbal换能器的耐压性能,提高接收灵敏度,降低频率,减小体积,设计双谐振Cymbal换能器和凹型Cymbal换能器。采用有限元分析方法,借助ANSYS软件,通过仿真计算电压位置及Cymbal壳体的空腔高度对阻抗、收发频带宽度、发送电压响应及自由场电压接收灵敏度的影响,以及压电陶瓷环的厚度对凹型Cymbal换能器机电性能的影响。结果表明,双谐振Cymbal换能器和凹型Cymbal换能器能为Cymbal换能器的工程应用奠定坚实的基础。     

水声换能器发射性能的有限元分析

研究了Tonpilz水声换能器各结构参数对其发射性能的影响。利用流体-结构耦合分析对换能器水中声辐射进行了二维压电耦合场计算。研究了锥形盖板和方形盖板对换能器发射性能的影响,找出了各结构参数对换能器发射性能的影响规律并绘制了不同尺寸下发射电压响应的变化曲线,结果表明,获得优化的结构尺寸使换能器的发送电压响应有了显著提高。     

宽带数字波束形成工程应用研究

研究了宽带数字波束形成器技术在鱼雷声学基阵上的应用，建立了时域、频域波束形成器模型，对其工程实现的性能进行了仿真，确定了接收波束配置，提出了延迟采样的工程简化实现方法。     

溢流式嵌镶圆管发射换能器的有限元分析

溢流式嵌镶圆管水声换能器是一种有效的低频宽带发射器,一般存在2种可供利用的谐振方式,即溢流环的液腔谐振和嵌镶圆管的径向谐振。本文首先应用解析的方法获得2种谐振的频率方程,然后应用有限元法建立了一个对称结构的溢流式嵌镶圆管换能器模型,通过ANSYS软件分析换能器的振动情况和响应曲线,并与解析法进行了对比。根据设计制作了溢流环换能器样件,并通过了相应的消声水池试验,试验结果表明,有限元模型计算准确且快捷,显示直观,其谐振频率设计误差可控制在5％以内。最终制作的换能器拥有2．35kHz的液腔谐振频率和6．4kHz的径向谐振频率,最大发射电压响应级为141．97dB,其径向谐振的-6dB带宽为3．9-9．4kHz,可提供全频段的发射带宽（包括液腔谐振在内）为2．1～10kHz±4dB。     

开槽Cymbal换能器技术研究

Cymbal换能器端冒的弯曲振动产生较大切向应力,损失大量机械能,而径向开槽的Cymbal换能器可释放切向应力,提高能量转化效率,同时可降低谐振频率、提高轴向位移及自由场电压接收灵敏度。本文利用有限元方法和ANSYS软件,仿真计算了槽的位置、数目、宽度及深度对Cymbal换能器机电性能的影响,研制了开槽Cymbal换能器并进行了测试,测试结果与计算结果具有较好的一致性,故开槽的Cymbal换能器具有很好的研究价值和应用前景。     

Cymbal换能器的有限元分析仿真技术研究

采用了有限元分析方法、借助ANSYS软件设计了Cymbal换能器，给出了2种有效的流体单元划分方法；通过仿真计算，分析了金属端冒的不同尺寸对有效机电耦合系数、机械品质因素、节点位移及谐振频率的影响，从而设计出最优尺寸的Cymbal换能器，并对其进行了3阶模态振型和谐响应动力学分析，解决了该换能器旋转对称面上存在跃变的应力和应变给设计工作带来的困难及理论上难以解决的问题。     

反鱼雷鱼雷拦截概率影响因素仿真分析

为研究影响反鱼雷鱼雷拦截概率的主要因素,根据想定的反鱼雷鱼雷拦截态势建立了鱼雷弹道模型以及舰艇规避模型,通过仿真计算,定量分析了探测误差、自导作用距离和自导扇面角对反鱼雷鱼雷拦截概率的影响。仿真结果表明,提高对来袭鱼雷的定位精度,增大反鱼雷鱼雷自导作用距离和自导扇面角,可以有效提高反鱼雷鱼雷拦截概率。