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在水声对抗和声纳探测两大需求的刺激下,水声换能器技术也在迅猛的向前发展。宽带宽波束的纵振动换能器在水声换能器领域发挥着重要的作用。虽然纵振动换能器本身带宽窄,波束宽度小,但通过一些措施和方法可以改善其工作频带和波束宽度。对于圆形辐射面纵振动换能器利用纵-弯耦合振动模式增大带宽的方法国内外已有较多研究,但对矩形等其它形状辐射面纵振动换能器的研究相对很少。而增大波束宽度的方法虽有一些,但效果各异。针对纵振动换能器带宽不足,方向性一般较窄的缺点,结合国内外研究现状(多模耦合拓宽频带,前、后盖板结构设计拓宽波束),基于矩形辐射面在多方面的性能有别于圆形辐射面的重要特点,本文对矩形和圆形辐射面纵振动换能器的纵-弯耦合振动模式进行了研究,特别对矩形辐射面纵振动换能器不同长宽比下纵-弯振动模式下的带宽、方向性和圆形辐射面纵振动换能器的宽波束发射技术作了较为深入的研究和分析。提出在纵振动换能器中使用障板边界结构来大幅度增加波束宽度的方法。最后通过换能器试制、测量验证了上述分析。实验测量结果显示,圆形辐射面纵振动换能器的-3dB工作频带为9.5～18kHz,发送电压响应值在135dB左右,带宽内前半段波束开角稳定,后半段波束开角急剧减小;长宽比为1.33：1的矩形辐射面纵振动换能器实现了8～15.5kHz的-3dB工作频带和带宽内100～120°的稳定波束宽度。障板的引入大幅度增大或减小了换能器在某些频率的发射波束开角。ANSYS和ATILA有限元仿真结果与实验测量结果吻合较好。理论和实验结果表明,纵-弯模态耦合是拓宽纵振动换能器工作带宽的有效方法,通过优化矩形辐射面长宽比等参数能够提高矩形辐射面纵振动换能器的水声性能。弯曲振动造成的辐射面质点不均匀振动对换能器方向性影响很大,圆形辐射面和矩形辐射面宽带纵振动换能器在带宽内方向性变化是不一样的,应该根据应用条件优化设计。反声障板能够调节换能器的辐射声场,利用反声障板改变纵振动换能器的边界条件从而达到宽波束的技术是切实可行的。