基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列及设计方法与流程

本发明涉及换能器技术、海洋装备、及水下扬声器，具体地，涉及基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列及设计方法。

背景技术：

1、随着uuv等无人舰艇的发展以及对设备小型化要求的不断提高，对换能器小型化和轻量化提出了更高的要求。当前换能器技术的难点在于：一方面换能器设备要求小型化轻量化，另一方面换能器性能还需要不断提高。这给水声换能器技术发展指明方向的同时又给当下水声换能器设计提出了严峻的挑战。对于发射换能器，其小型化设计的根本技术途径是提高其发射功率密度。高能量密度是发射换能器大功率工作的核心指标，单位空间或尺寸内容纳下更多的换能器可使整套系统同等条件下发射功率更大。

2、弯张换能器是一种经典的低频小尺寸换能器，是当前具有最小口径的低频发射换能器。但其存在结构刚度不足，深水工作不耐水压问题。尤其对于需要超低的谐振工作时。静水压的增加，会剧烈的降低其声学性能或者导致结构材料屈服破坏。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列及安装方法。

2、根据本发明提供的一种基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列，包括六棱柱弯张换能器基元、基元安装孔、基元结构连接件以及基元多合一电缆，六棱柱弯张换能器基元两端分别设有基元安装孔，相邻两个六棱柱弯张换能器基元通过基元安装孔和基元结构连接件的配合实现固定，多个六棱柱弯张换能器基元排布成“蜂窝式”的密排阵列，基元多合一电缆分别连接六棱柱弯张换能器基元；

3、六棱柱弯张换能器基元包括换能器上端盖、换能器辐射面板以及换能器下端盖，多个换能器辐射面板列阵组合成辐射面，辐射面的两端分别连接换能器上端盖和换能器下端盖。

4、优选的，换能器上端盖和换能器下端盖呈六棱柱状，换能器上端盖和换能器下端盖的截面为六边形；

5、六棱柱弯张换能器基元横截面为六边形，整体呈中间略有凹陷的六棱柱状。

6、优选的，基元安装孔位于换能器辐射面板端部中心位置。

7、优选的，基元结构连接件上设有幺字通孔，基元安装孔与幺字通孔一一对应连接；

8、相邻两个换能器上端盖和换能器下端盖分别通过基元安装孔与基元结构连接件的配合相连。

9、优选的，基元多合一电缆为多个六棱柱弯张换能器基元的正负极并联后引出的一根总电缆。

10、优选的，换能器上端盖中心设有电缆出线孔，电缆出线孔连接基元多合一电缆。

11、优选的，六棱柱弯张换能器基元按“蜂窝式”密排，基元间间隙为零或接近零，基本基阵构型包括三元密排圆柱阵、七元密排圆柱阵、阵元个数较多的大规模“蜂窝状”平面阵或多层体积阵。

12、优选的，基元结构连接件上安装有吊环。

13、本发明还提供了一种基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列的设计方法，具体操作步骤如下：

14、s1、将块换能器辐射面板拼装组成六棱柱弯张换能器基元的辐射面，将换能器上端盖和换能器下端盖分别紧贴于辐射面的两端，间隙为0；

15、s2、将换能器上端盖和换能器下端盖分别开设好个均布的基元安装孔，以及位于换能器上端盖中心的电缆出线孔，各个六棱柱弯张换能器基元独立引出各自水密电缆段，然后对六棱柱弯张换能器基元进行独立水密封装；

16、s3、将多个六棱柱弯张换能器基元排布成“蜂窝式”的密排阵列形成换能器基阵，并通过基元结构连接件将多个换能器上端盖分别连接，通过螺钉及其螺母收紧固定；

17、s4、在基元结构连接件上安装吊环，将换能器基阵用行车起重吊高一定高度，通过基元结构连接件将多个换能器下端盖固定收紧；

18、s5、换能器基阵安装完成后，分理出各个六棱柱弯张换能器基元电缆线正负极，将六棱柱弯张换能器基元的水密电缆并联连接成一路正负极输入线，然后将基元多合一电缆连接处作水密封装处理，最后换能器基阵引出一根基元多合一电缆。

19、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

20、(1)本发明通过“蜂窝式”的密排阵列，充分利用了基阵安装空间，使单位空间能容纳更多换能器基元，提高了单位体积功率密度的同时还增强了换能器互辐射效应，相比相同频率的单个换能器具备更大的工作深度；

21、(2)本发明采用基元结构连接件对换能器基阵进行固定，避免了大型基阵架的使用，显著减轻基阵尺寸重量，整体结构合理，实施操作简便，成本低廉；

22、(3)本发明的安装方法进一步降低了弯张换能器谐振频率拓展了工作带宽且相比同类相同谐振频率换能器单体具有更大的工作深度。

技术特征：

1.一种基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列，其特征在于，包括六棱柱弯张换能器基元(100)、基元安装孔(4)、基元结构连接件(5)以及基元多合一电缆(6)，所述六棱柱弯张换能器基元(100)两端分别设有所述基元安装孔(4)，相邻两个所述六棱柱弯张换能器基元(100)通过所述基元安装孔(4)和基元结构连接件(5)的配合实现固定，多个所述六棱柱弯张换能器基元(100)排布成“蜂窝式”的密排阵列，所述基元多合一电缆(6)分别连接所述六棱柱弯张换能器基元(100)；

2.根据权利要求1所述的基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列，其特征在于，所述换能器上端盖(1)和所述换能器下端盖(3)呈六棱柱状，所述换能器上端盖(1)和所述换能器下端盖(3)的截面为六边形；

3.根据权利要求1所述的基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列，其特征在于，所述基元安装孔(4)位于所述换能器辐射面板(2)端部中心位置。

4.根据权利要求3所述的基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列，其特征在于，所述基元结构连接件(5)上设有幺字通孔，所述基元安装孔(4)与所述幺字通孔一一对应连接；

5.根据权利要求1所述的基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列，其特征在于，所述基元多合一电缆(6)为多个所述六棱柱弯张换能器基元(100)的正负极并联后引出的一根总电缆。

6.根据权利要求1所述的基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列，其特征在于，所述换能器上端盖(1)中心设有电缆出线孔，所述电缆出线孔连接所述基元多合一电缆(6)。

7.根据权利要求1所述的基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列，其特征在于，所述六棱柱弯张换能器基元(100)按“蜂窝式”密排，基元间间隙为零或接近零，基本基阵构型包括三元密排圆柱阵、七元密排圆柱阵、阵元个数较多的大规模“蜂窝状”平面阵或多层体积阵。

8.根据权利要求1所述的基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列，其特征在于，所述基元结构连接件(5)上安装有吊环。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述的基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列的设计方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

技术总结
本发明提供了一种基于六棱柱弯张换能器的强互辐射高能量密度阵列及设计方法，涉及换能器技术、海洋装备、及水下扬声器技术领域，包括六棱柱弯张换能器基元、基元安装孔、基元结构连接件以及基元多合一电缆。六棱柱弯张换能器基元两端分别设有基元安装孔，相邻两个六棱柱弯张换能器基元通过基元安装孔和基元结构连接件的配合实现固定，多个六棱柱弯张换能器基元排布成“蜂窝式”的密排阵列，基元多合一电缆分别连接六棱柱弯张换能器基元。本发明通过“蜂窝式”的密排阵列，充分利用空间，提高了单位体积功率密度的同时还增强了换能器互辐射效应，具备更大的工作深度，采用基元结构连接件对换能器基阵进行固定，重量较轻，成本低廉。

技术研发人员：马雄超,付昌,陈敬军,江祯,沈明杰,钱澄源
受保护的技术使用者：上海船舶电子设备研究所（中国船舶集团有限公司第七二六研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17