外气囊式深水电动式换能器研究
摘要
随着日益增强的海洋科技技术需求，世界各国对水声技术领域投入了大量的研究
资源。作为水声领域技术最前端的水声换能器，成为了水声研究中的一个重要领域。
电动式换能器作为一种能发射超低频段声波的水下声发射设备，其在水声领域的主要
应用集中于水声对抗，可以作为声诱饵或噪声模拟设备等。传统的电动式换能器通常
需要安装压力补偿气囊以适应深水工作环境，但是压力补偿气囊的引入，也带来了一
些电动式换能器无法回避的问题，如工作深度变化时换能器的浮力及声发射性能大幅
度变化、换能器的极限工作深度受限于压力补偿气囊的体积等。
本文设计并研究了一种将气囊及辐射面外置于驱动振子壳体外部的外气囊式电动
式换能器。它的驱动振子壳体内部充油，使用液体环境代替了传统的气体环境以平衡
内、外的静水压力，大幅度提升了换能器的极限工作深度，并且相比起气体环境，液
体环境能够更加快速的耗散线圈上产生的热量，可提升电动式换能器连续工作时间；
气囊的作用由原来的压力补偿变为隔声，使得极限工作深度不再受压力补偿体积的限
制，能够以小尺寸实现大深度工作。
首先，使用等效电路法对外气囊式换能器进行理论分析，通过理论计算得出外气
囊式换能器在不同水深、不同气囊初始长度条件下的换能器的声源级频率响应曲线；
分析二者对换能器性能的影响规律，并与传统的电动式换能器进行性能对比，总结
新、旧结构的性能优缺点。
其次，基于有限元软件COMSOL对外气囊式换能器进行仿真分析，建立外气囊式
电动式换能器的有限元模型；改变水深条件以及气囊初始长度，仿真计算换能器的声
源级频率响应曲线，验证了理论的准确性；对换能器辐射声能区域的开孔高度进行仿
真分析，得到开孔高度对性能影响的规律，确定开孔高度；对换能器的散热性能进行
仿真，对比新、旧结构下换能器内部线圈结构的升温速度。
最后，完成对换能器的工程设计，并制作实验样机，在实验水池以及外场对其进
行不同深度条件下的声源级频响曲线测试，验证该结构的性能特点。测试结果显示，
外气囊式电动式换能器能够以小尺寸实现深水工作，且在核心频段的声源级性能与传
统结构基本相当，达到了预期设计效果。
关键词：水声换能器；电动式换能器；等效电路；超低频
外气囊式深水电动式换能器研究
ABSTRACT
Withtheincreasingdemandformarinescienceandtechnology,countriesaroundtheworld
haveinvestedalargeamountofresearchresourcesinthefieldofunderwateracoustic
technology.Astheforefrontofunderwateracoustictechnology,underwateracoustic
transducershavenaturallybecomeanimportantfieldinunderwateracousticresearch.Asakind
oftransducerwithgoodperformanceinlowandultra-lowfrequencyband,movingcoil
projectorismainlyusedinunderwateracousticfieldasacousticdecoyornoisesimulation
equipment.Duetothespecialstructureofelectrictransducers,itisoftennecessarytoinstall
pressurecompensationairbagstosupporttheirnormaloperationindeepwaterenvironments.
However,thisinevitablybringswithitsomeshortcomingsof