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Ⅳ型弯张换能器是当前利用最为广泛的低频大功率声源之一。本文紧跟水声领域需求和发射换能器发展趋势,基于Ⅳ型弯张换能器的椭圆管形壳体,研制了两种新型的复合型壳体椭圆管弯张换能器,一种为实现低频、宽带、大功率的双椭圆壳串联弯张换能器,它通过多模态耦合实现宽带;另一种按结构特点被称作嵌入式外部驱动Ⅳ型弯张换能器,它是对外部驱动弯张换能器的改进,既具有低频、耐高静水压的优点,还具有小尺寸的特点。 首先,提出一种双椭圆壳串联弯张换能器,其壳体结构为两椭圆弯张壳体沿长轴方向串联连接一体设计,驱动振子为贯穿壳体的两组长压电陶瓷堆。由于结构的对称性,它相对于单个弯张壳能多激发偶次弯曲模态。换能器在低频段有三个弯曲振动模态和一个压电陶瓷堆纵振动模态与壳体膜模态的复合模态。利用Piece-Part等效电路法分析了其低频优势,利用有限元软件进一步研究了壳体结构参数对这四个模态以及振动辐射性能的影响,并通过优化设计得到了换能器的虚拟样机。根据仿真结果研制换能器试验样机并进行了测试。测试结果表明,所研制的双椭圆壳串联弯张换能器在1.4kHz到6.0kHz频率范围内的发射电压响应均大于128.5dB,声源级不低于190dB,实测结果与仿真结果基本一致。证实双椭圆壳串联弯张换能器具有低频、宽带、大功率的特点。 其次,提出一种嵌入式外部驱动Ⅳ型弯张换能器。外部驱动弯张换能器具有耐静水压的优点,但因为尺寸过大制约了其在实际中的应用。嵌入式外部驱动Ⅳ型弯张换能器的结构特点是通过对弯张壳体一侧开U型凹槽,槽体嵌入到弯张壳体内,压电陶瓷堆与U型凹槽底相连,并用不锈钢夹板、螺杆、螺母夹持,有效减小了换能器的尺寸。利用有限元方法分析弯张壳体输出最大体积位移以及体积位移最大时的谐振频率随各结构尺寸的变化,并结合等效电路法分析变化的原因,提出螺杆的谐振频率和U型凹槽的谐振频率应远离弯张壳体谐振频率的观点。根据有限元仿真优化的结果制作了换能器试验样机,实测最大发射电压响应为119dB,对应谐振频率为1.85kHz,品质因数Q值为4.68,换能器在工作频段内水平方向为全指向性。 这两种复合型壳体弯张换能器与普通的Ⅳ型弯张换能器相比均具有各自的优势,且符合当前水声技术发展对发射型换能器的需求,因此具有广阔的应用前景。