我国水声换能器技术研究进展与发展机遇
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弯张换能器
弯张换能器的概念起始于 Hayes 1936 年的专利，基本工作方式是 1 个或多个伸缩振动的振子驱动弯曲振动壳体产生低频声辐射。我国关于弯张换能器的研究与应用从 20 世纪末开始活跃起来，研究人员设计了多种结构形式的弯张换能器，笔者在总结水声换能器技术国际发展动态的文章中，依照结构和激励方式将弯张换能器分为三大类，在此沿用这种分类方法，分别进行介绍。
柱型结构弯张换能器。该类换能器由纵向伸缩振子驱动平移弯曲振动壳体（图 3），换能器的振动壳体是一个平移结构体，即各种形状的柱面壳，由 1 个或多个纵向伸缩的振子驱动，包括 IV 型弯张换能器及其变形结构、VII 型弯张换能器、四边形弯张换能器等。图 3a 是典型的 IV 型弯张换能器结构形式，陈思等[10]研制了弛豫铁电单晶 PMNT 材料驱动的 IV 型弯张换能器。李宽和蓝宇研制了稀土超磁致伸缩材料 Terfenol-D 驱动的 IV 型弯张换能器。图 3b 是 VII 型弯张换能器的新设计，采用稀土超磁致伸缩材料 Terfenol-D 驱动，激励方式在横向尺寸最宽的部位设计 1 对平行振子，贺西平和李斌对该型换能器进行了深入的系列研究，包括预应力设计分析、理论建模、模态分析、实验研究等。图 3c 是对 IV 型弯张换能器改进的新设计，类似于 I 型弯张换能器到 II 型弯张换能器的设计改进，采用了长轴加长的椭圆壳结构，换能器采用弛豫铁电单晶材料 PMNT 驱动，具有比一般 IV 型弯张换能器更优的宽带工作特性。图 3d 是国内最早对 IV 型弯张换能器进行改进的新设计——鱼唇式弯张换能器，其采用变高度椭圆壳体并应用了稀土超磁致伸缩材料 Terfenol-D 驱动，这种特殊形状的振动壳体具有杠杆臂效应和高度加权的双放大作用。目前 Terfenol-D 鱼唇式弯张换能器已经系列化，并设计成双壳结构进一步提升发射功率，单只换能器最大声功率可达万瓦级，成为国内低频大功率发射换能器的基本类型之一。图 3e 是正交激励四边形弯张换能器，采用了一种结构紧凑的设计改进，可以在有限体积内增加更多的功能材料，提高发射声源级。图 3f 是对 IV 型弯张换能器的另一改进新设计，类似于 I 型弯张换能器到 III 型弯张换能器的设计改进，其采用两椭圆壳体沿长轴方向串联为一体，用更长的压电堆激励，使纵向振子的谐振频率降低而接近弯张壳体基频模态，有利于模态耦合实现宽带工作特性。图 3g 是对 IV 型弯张换能器激励振子的改进新设计，为折叠振子驱动的 IV 型弯张换能器，该结构结合低刚度的壳体材料可有效降低谐振频率。
图 3 柱型结构弯张换能器