张明宇 王艳 张睿 刘佳 李凡

(上海船舶电子设备研究所，上海，201108)

现代水声发展中，水声设备呈现出向大功率、高稳定性、长时间使用的发展趋势[1]。在实际使用中，换能器的功率极限限制因素主要分为电极限、空化极限、热极限、应力极限等，在换能器的连续工作中，热极限往往率先出现。

在进行长时间大功率发射时，换能器存在一定损耗，因此电能无法全部转化为声能，其中，大部分损耗电能将会转化成热能。由于圆管换能器辐射面往往被导热性能较差的水密层所覆盖，且圆管换能器上不易针对地设置散热器件，所以热能无法及时散掉。因此大量的热能将随时间逐步累积，进而导致换能器温度升高，出现诸如换能器阻抗降低、通过电流增大、压电陶瓷退极化等现象[2]，相关设备因此过载或损坏[3,4]。结合圆管换能器的结构特点，本文对圆管换能器大功率长脉冲下的温度分布特性进行仿真计算与测量监控，为研究圆管换能器较长时间下的工作特性提供一定参考。

1 圆管换能器的热仿真

有限元软件可以有效地计算压电陶瓷换能器的性能参数，模拟换能器的真实工作状态，解决应力分布、振动特性、热量分布等多类问题[5]。

换能器的发热性能主要受通过换能器两端的电流以及其自身阻抗性能的影响。当电流流经自阻抗一定的换能器时，换能器内部电阻会因电流的热效应而产生热能。

本文在设定换能器阻抗一定的前提下，使用有限元软件仿真圆管换能器在不同电流与不同外界环境条件下的内部温度分布情况。……