第32卷第7期2011年7月哈尔滨工程大学学报JournalofHarbinEngineeringUniversityVol．32№．7Jul．2011doi:10．3969/j．issn．1006－7043．2011．07．008电磁式大功率水下超低频声源研究卢苇，蓝宇(哈尔滨工程大学水声技术国防科技重点实验室，黑龙江哈尔滨150001)摘要:针对超低频声源辐射功率与体积、重量间矛盾的问题，提出了一种采用电磁式激励的大功率、小尺寸、活塞式水下超低频声源．从平面活塞辐射特性研究出发，建立电-磁、磁-力、力-振动转换模型，利用Matlab/Simulink仿真模块和电磁有限元仿真软件Ansoft对电磁驱动的动态特性进行了仿真，分析了声源驱动电流、驱动力、振动位移的动态特性．在此基础上，设计和制作了电磁式水下超低频声源．测试表明，电磁式水下超低频声源73Hz声源级达到186dB，具有优秀的超低频响应，性能稳定．关键词:电磁式;超低频;有限元;动态特性:TB565文献标识码:A:1006-7043(2011)07-0877-07ResearchonelectromagnetichighpowerultralowfrequencyunderwatersoundsourceLUWei，LANYAbstract:Thepistontypeultralowfrequencyunderwatersoundsourcewithelectromagneticexcitationwasbroughtinviewofproblembetweenradiatedpowerandvolumeweight．Thissourcehadcharactersinhighpowerandsmallsizes．TheRadiationcharacteristicinpistontypewasresearchedatfirstandtheelectricity-magnetism，magnetism-force，force-placementweresimulatedbyMatlab/SimulinkandelectromagneticfiniteelementanalysissoftwareAnsoft．Onthisbasis，theultralowfrequencyunderwatersoundsourcewasdesignedandproduced．Themetricalresultsshowthatthesourcelevelis186dBinfrequency73Hzandthesourcehadexcellentultralowresponse，steadycapability．Keywords:underwatersoundsource;electromagnetic;ultralowfrequency;finiteelement;dynamicch目前，海洋环境探测主要依靠声波．声波在海水中的吸收与频率相关，声波的频率越低，在海水中的吸收越少，传播距离就越远．因此，100Hz以下的超低频水下声源研究成为近年来倍受关注的焦点［1］．欧美各国、俄罗斯、日本等水声强国早已开展了相关的研究工作，研制了多种类型的超低频大功率声源．最近出现了几种新型的超低频声源，如日本研制的稀土镶拼圆环换能器，工作频率30Hz，声源级为193dB;美国这者提出的开缝圆环换能器，工作频率可以达到5Hz;美国的DimitriM．Donskoy等提出了一种空气弹簧式超低频声源，其谐振频率为77Hz，声源级为200dB［2-4］．俄罗斯也在太平洋的声些声源虽然具有不同的工作原理，但存在着价格昂贵、体积重量大的缺点．国内，对于超低频声源的研究非常少．虽然也有人曾尝试采用电动式声源、特制灯泡爆炸声源和电火花声源来实现，但存在着声源级低、稳定性和使用条件的局限性等多方面缺点．本文提出了一种超低频水下声源的解决方案．使用电磁式驱动作为活塞式超低频声源的驱动;运用Matlab/Simulink和电磁有限元软件Ansoft对电磁驱动声源动态特性进行仿真、优化;设计了一种电磁式超低频水下声源．电磁式超低频水下声源具有谐振频率低、体积位移大、结构简单、体积小重量轻、工作稳定的特点，在实现超低频大功率发射方面具有一定的优势．收稿日期:2010-05-03．基金项目:国家自然科学基金资助项目(10804023);国家863计划资助项目(2006AA09Z104)．作者简介:卢苇(1980-)，男，助教，博士，E-mailluwei@hrbeu．edu．cn．通信作者卢苇声源辐射研究基于电磁驱动的超低频大功率水下声源采用单1面活塞式结构．声源主要包括辐射面、往复弹簧、电磁驱动、壳体4个部分．声源活塞面在电磁驱动的作用下做往复运动，其结构如图1所示．功率发射，根据式(8)可得声源水下辐射声功率为10W，所以必须要对电磁驱动在励磁电流i的作用下所产生的电磁力F、辐射面振速u0进行动态仿真分析，以满足辐射声功率所需要的推力和振速．2电磁驱动动态特性研究声源辐射面在电磁力F的作用下所产生得振动是一个复杂的过程．必须搞清楚电磁驱动单元在一定信号激励下，驱动的电磁参量(系统磁链Ψ、磁通量Φ、反电动势V、电磁力F)、运动参量(位...