在军事应用中,近几十年来潜艇的声安静技术大幅进步,各国的先进潜艇已能够隐藏在海洋噪声中。潜艇表面覆盖的新材料消声瓦使得1kHz以上的声波难以对其进行有效探测,只依靠被动声呐进行探测已经不能再满足探测潜艇的需求。远程探测潜艇需要用主动声呐进行配合。低频、大功率、大工作深度成为远程主动声呐研究的重难点。Ⅳ型弯张换能器拥有低频、大功率、小尺寸的特点,大量应用于主动声纳系统中。但Ⅳ型弯张换能器同时有不耐压、工作频带窄的缺点,在深海应用中有所限制。本文提出了一种新型结构的三壳体Ⅳ型弯张换能器,使换能器在兼具低频、大功率、小尺寸的前提下,能够进行深水、宽带发射。本文首先介绍了Ⅳ型弯张换能器的发展概况和工作特点,介绍了换能器低频特点和宽带特点的基本实现方法。然后提出了ANSYS仿真液腔振动模态的方法,采用这种方法对圆柱形液腔和椭圆形液腔进行了仿真分析。分析了Ⅳ型弯张换能器在液腔振动时的纯液腔振动规律、壳体振动规律以及两者的相互影响作用。对壳体各主要参数对液腔的影响进行了仿真分析,得到各参数对液腔影响的规律。提出了三壳体Ⅳ型弯张换能器的设计方案,利用ANSYS建立了换能器的空气中和水中模型,分析了样机的发射特性和液腔发射特性。设计的换能器为溢流式,工作频带为1.2kHz~2.8kHz,带内起伏8dB,最高发射电压响应为136.2dB。最后对设计的样机进行预应力分析,制作、加工三壳体Ⅳ型弯张换能器样机各元件。装配后进行水池测试。实验测得换能器样机工作频率为1.1kHz~3kHz,最大发射电压响应136dB,最大声源级为197.5dB,带内起伏7dB,与ANSYS有限元软件仿真规律基本吻合。结果表明,三壳体溢流的设计,有效减小了溢流结构扰流的影响,在溢流情况下实现了大功率发射,同时有效地降低了液腔振动模态频率,利用多模态耦合原理,实现了Ⅳ型弯张换能器的宽带发射。同时该结果验证了本文提出的有限元仿真液腔的方法,该方法对液腔设计具有指导意义。