發(fā)布時(shí)間：2019-05-11 13:40

【摘要】：當(dāng)前在海洋工程領(lǐng)域(如海底油氣資源勘探)和基于聲學(xué)手段的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域(如海洋聲層析、大洋聲學(xué)測(cè)溫)對(duì)低頻寬帶大功率換能器的需求越來越強(qiáng)烈;在現(xiàn)代水聲對(duì)抗技術(shù)領(lǐng)域,也要求水聲換能器及基陣具有低頻、寬帶、大功率、深水工作特性以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)反潛、遠(yuǎn)距離水聲通信等任務(wù)。此外,艦船的輻射噪聲及多數(shù)魚群噪聲也主要集中在十幾赫茲到數(shù)百赫茲超低頻段,進(jìn)行超低頻水聲換能器研究對(duì)于研制艦船輻射噪聲模擬器、聲誘餌、干擾器等水聲對(duì)抗器材也具有現(xiàn)實(shí)意義。本論文的研究?jī)?nèi)容為研究工作頻段為20Hz-3kHz的低頻寬帶水聲換能器的實(shí)現(xiàn)方式、設(shè)計(jì)方法、工作原理、制作工藝等。研究中采用了按工作頻帶分段設(shè)計(jì)的方法,主要內(nèi)容包括兩部分:(1)利用Janus縱振動(dòng)換能器加Helmholtz諧振腔結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)工作頻段為400Hz-3000Hz,最大聲源級(jí)不小于200dB,工作深度不小于1000m的低頻大功率深水換能器設(shè)計(jì)。在Janus-Helmholtz換能器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上提出一種多液腔Janus-Helmholtz水聲換能器,用來拓展Janus-Helmholtz換能器的上限工作頻率。首先,研究了Janus-Helmholtz7水聲換能器的基礎(chǔ)理論問題,如給出了Janus-Helmholtz水聲換能器的等效電路、研究了Janus-Helmholtz水聲換能器寬帶工作的機(jī)理、Helmholtz腔壁的彈性對(duì)液腔振動(dòng)的影響規(guī)律、液腔振動(dòng)和Janus換能器振動(dòng)之間的互輻射對(duì)Janus-Helmholtz換能器性能的影響等。其次,利用有限元方法(基于ANSYS軟件)對(duì)Janus-Helmholtz水聲換能器進(jìn)行性能隨結(jié)構(gòu)參數(shù)變化規(guī)律研究,如研究了液腔開口長(zhǎng)度、腔體壁厚及材質(zhì)等幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)工作帶寬、液腔諧振頻率等參數(shù)的影響規(guī)律;以工作帶寬為設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)Janus-Helmholtz水聲換能器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),得到了低頻、中頻、高頻三個(gè)虛擬樣機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸�；贘anus-Helmholtz換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種多液腔Janus-Helmholtz水聲換能器,進(jìn)行了多液腔Janus-Helmholtz水聲換能器優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后,研究了Janus-Helmholtz水聲換能器的制作工藝,設(shè)計(jì)了水密方案和支撐結(jié)構(gòu),制作了低頻、中頻、高頻三只Janus-Helmholtz水聲換能器試驗(yàn)樣機(jī)及多液腔Janus-Helmholtz水聲換能器試驗(yàn)樣機(jī)。在消聲水池中進(jìn)行了各頻段樣機(jī)的電聲性能測(cè)試,試驗(yàn)結(jié)果顯示與設(shè)計(jì)結(jié)果符合的很好。(2)基于新型磁路,對(duì)一種新型超低頻電動(dòng)式水聲換能器進(jìn)行了理論和仿真研究。新型超低頻電動(dòng)式水聲換能器的工作頻帶為20Hz-500Hz,平均聲源級(jí)162dB,工作深度150m。首先,基于機(jī)械振動(dòng)理論和聲輻射理論進(jìn)行了電動(dòng)式水聲換能器振動(dòng)及聲輻射性能研究,給出了電動(dòng)式水聲換能器的等效電路圖。其次,設(shè)計(jì)了一種雙氣隙磁路,基于有限元軟件ANSYS進(jìn)行磁路結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),著力提高振子磁路的輸出力。然后,針對(duì)振子的可動(dòng)部件進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化了輻射蓋板的形狀以增加換能器的上限工作頻率;優(yōu)化設(shè)計(jì)了螺旋彈簧和線圈等組件,增加新型超低頻電動(dòng)式水聲換能器的安全可靠性和連續(xù)工作時(shí)間;設(shè)計(jì)了壓力補(bǔ)償系統(tǒng)確保能在大深度下安全工作。最后,研究了新型超低頻電動(dòng)式水聲換能器的裝配制作工藝,制作了新型超低頻電動(dòng)式水聲換能器試驗(yàn)樣機(jī),在消聲水池中進(jìn)行了電聲性能測(cè)試,試驗(yàn)結(jié)果顯示測(cè)量結(jié)果與設(shè)計(jì)結(jié)果符合的較好。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB565.1

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本文編號(hào)：2474533