大尺寸高频圆柱阵水密结构设计

　　圆柱阵是现代声呐中最常用的基阵形式之一。由于基阵的特殊使用环境，考核基阵除相应的工作技术指标之外，还有一个重要的指标是基阵使用的可靠性，即基阵的水密性能。传统的低频圆柱阵因其工作频率低，单个换能器阵元的结构尺寸较大，先对每个阵元进行单独水密硫化后，再将其装入基阵架中。本文介绍的圆柱阵工作中心频率为 30kHz，换能器振子结构尺寸较小，基阵阵元数较多，阵元之间排列紧密。同时基阵的外形尺寸比一般的高频圆柱阵尺寸大，因而无法对每个阵元进行单独密封。因此，对本文中的圆柱阵进行了基阵整体的水密设计。

　　1 基阵水密结构设计

　　鉴于这种大尺寸高频圆形基阵长期浸泡在海水中，根据其结构特点，一般有以下两种水密方案。

　　方案一，采用聚氨酯整体灌注进行密封。聚氨酯材料具有良好的透声性能，基阵外表面包覆一层聚氨酯对基阵的声学性能基本没有影响，同时该方案只需要设计一套灌注模具就可以完成。其缺点是基阵长期浸泡在海水中，而聚氨酯在海水中的使用寿命的可靠性不是很高，容易发生聚氨酯慢渗水，进而影响基阵整体的水密性能的情况。

　　目前正在研究新型聚氨酯，该新型聚氨酯选用柔顺性很好的低聚物多元醇合成预聚体，分子链缠结紧密，水分子不易通过，可降低聚氨酯材料的渗水性，且所使用的低聚物多元醇属非极性物质，其吸水性很低，可有效降低聚氨酯材料的渗水性。但是这种材料的性能还没有经过项目的验证，有待进一步验证。

　　方案二：基阵外部利用钛合金外壳进行密封，在钛合金外壳和振子之间灌注聚氨酯填充。优点是水密性能好，利用钛合金和聚氨酯两层保护可以保证基阵的水密;缺点是钛合金价格昂贵，并且大尺寸的金属外壳加工难度比较大，加工成本也很高，更重要的是外面加一层钛合金会影响整个基阵的性能。

　　为验证方案二基阵性能，在小阵上进行了试验。该小阵由两条换能器条组成，共8个振子。比较直接灌注聚氨酯和在聚氨酯外面粘接1mm 的钛合金板的8个振子的平均接收灵敏度曲线和发射电压响应曲线见图1所示。

　　由图1可以看出，1mm的钛合金板对换能器的发射电压响应和接收灵敏度均有不同程度的影响，其中发射电压响应降低了3dB，接收灵敏度降低了5dB。

　　结合上述两种方案的优缺点，本文提出一种新的水密设计方案。

　　方案三：先硫化一个橡胶套，把橡胶套套在基阵的外面，在基阵架和橡胶套之间进行聚氨酯灌注，如图2所示。该方案的优点是采用硫化密封，不仅密封可靠性高，而且能满足对基阵声性能的要求，同时，由于采用一套模具能生产出大量的橡胶套，成本低廉，经济性不错，适合批量生产。具体工艺设计可分为三个步骤：