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　　中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所是中國最大的水聲裝備總體研究所，是專業(yè)從事聲學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)探測裝備的研制、試驗、生產(chǎn)的重點軍工骨干研究所。國防科技工業(yè)水聲一級計量站作為我國水聲行業(yè)唯一的一級計量技術(shù)機構(gòu)，在國內(nèi)和國際水聲界擁有較高知名度和較大影響力的先進(jìn)計量技術(shù)機構(gòu)，其主要任務(wù)是：面向全國海洋工程裝備及高技術(shù)船舶行業(yè)水聲設(shè)備的研制、試驗、生產(chǎn)和使用部門，進(jìn)行水聲產(chǎn)品的校準(zhǔn)、檢測工作，為客戶提供客觀和公正的校準(zhǔn)/檢測數(shù)據(jù)。同時在我國水聲行業(yè)內(nèi)，開展水聲量值的傳遞、檢測以及水聲計量監(jiān)督、管理和服務(wù)，確保我國水聲行業(yè)的量值準(zhǔn)確一致和水聲設(shè)備性能質(zhì)量的先進(jìn)可靠。水聲一級計量站結(jié)合我國海洋工程裝備及高技術(shù)船舶行業(yè)水聲型號裝備的發(fā)展要求，為水聲裝備提供了全方位的計量保證。

　　一、背景情況

　　2012年7月16日上午，隨著我國“向陽紅09”試驗船順利返抵青島，為期44天的“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器7000米級海試任務(wù)圓滿完成，標(biāo)志著在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）的持續(xù)支持下，“蛟龍?zhí)枴睔v時10年的研制和海試工作圓滿結(jié)束。由水聲一級計量站研制的“蛟龍?zhí)枴盨D10型耐超高靜水壓深水寬帶換能器，在整個“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器7000米級海試任務(wù)中工作正常、性能穩(wěn)定，確保了試驗任務(wù)的圓滿成功。

　　回顧“蛟龍?zhí)枴盨D10型耐超高靜水壓深水寬帶換能器整個研制過程，在國防科技工業(yè)面臨“保軍品、強能力、調(diào)結(jié)構(gòu)、上水平、促轉(zhuǎn)變”的大形勢下，水聲一級計量站以建設(shè)先進(jìn)的國防科技工業(yè)為總目標(biāo)，積極轉(zhuǎn)變觀念，理清思路，找準(zhǔn)定位，充分認(rèn)識肩負(fù)的歷史使命和重大的責(zé)任。始終遵循“強化基礎(chǔ)，科學(xué)發(fā)展，自主創(chuàng)新，引領(lǐng)未來”的方針，以“強化機構(gòu)履職意識、提高機構(gòu)履職能力、打造軍工計量品牌”為重心，嚴(yán)格管理，強化應(yīng)用，充分調(diào)動職工的積極性和創(chuàng)造性，圓滿地完成了量值傳遞、校準(zhǔn)檢測、計量監(jiān)督、管理與服務(wù)工作，有力地保障了我國水聲行業(yè)型號工程和預(yù)先研究工作的開展。

　　二、技術(shù)措施

　　2002年，中國科技部為推動中國深海運載技術(shù)發(fā)展，為中國大洋國際海底資源調(diào)查和科學(xué)研究提供高技術(shù)裝備，同時為中國深?？碧?、海底作業(yè)研發(fā)共性技術(shù)，將深海載人潛水器研制列為863計劃重大專項，啟動“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器工程。

　　“近底自動航行和懸停定位”、“高速水聲通信”、“充油銀鋅蓄電池容量”被譽為“蛟龍”號的三大關(guān)鍵技術(shù)。其中，“高速水聲通信”更是確?！膀札?zhí)枴焙叫信c工作安全的重中之重。眾所周知，陸地通信主要依靠電磁波，速度可以達(dá)到光速，但電磁波在海水中卻只能傳播數(shù)米。因此，“蛟龍”號潛入深海，與母船保持通信聯(lián)系必須依靠聲吶通信技術(shù)。但傳統(tǒng)的聲吶通信技術(shù)無法滿足“蛟龍”號的需求：聲音在水中的傳播速度一般為每秒1500米左右，如果是7000米水深的話，喊一句話往來需要近10秒，聲音延遲會很大。同時，普通聲學(xué)傳輸?shù)膸捯矘O其有限，傳輸速率很低，而且聲音在不均勻物體中的傳播效果不理想，海水密度不同、溫度高低不均、海底回波條件不同，再加上母船和深潛器上的噪音等，傳統(tǒng)意義的普通聲吶通信技術(shù)將無法有效解決“蛟龍”號的通信難題。為此，“蛟龍”號配置了高速水聲通信系統(tǒng)，能夠?qū)崟r傳輸語音、文字和圖片，確保“蛟龍”號航行與工作安全。作為“蛟龍”號高速水聲通信系統(tǒng)的關(guān)鍵核心裝備之一即為耐超高靜水壓深水寬帶換能器，它能確保在超高靜水壓環(huán)境下實時完成語音、文字和圖片信號的聲電、電聲轉(zhuǎn)換與高保真收發(fā)工作。

　　圖1 SD10型換能器實物圖

　　在深海面臨著超高壓、超低溫、高腐蝕等惡劣工作環(huán)境。水中每增加10米水深就相當(dāng)于增加1個大氣壓，“蛟龍”號設(shè)計的最大下潛深度為7000米，則相當(dāng)于承受700個大氣壓（合70MPa）力?？茖W(xué)家曾指出，“神舟”九號飛船在太空工作時承受約1個大氣壓的負(fù)壓力，而“蛟龍”號則需承受700個大氣壓。因此，從某種意義上說“入海”的難度實際上并不亞于“上天”，并且載人深潛器上的每一個部件都會受到深海超高靜水壓力的巨大考驗。

　　“蛟龍”號高速水聲通信系統(tǒng)前期設(shè)計所用換能器并非水聲站研制，由于其性能一直無法滿足系統(tǒng)總體性能指標(biāo)要求，致使“蛟龍”號高速水聲通信系統(tǒng)無法正常交付使用?！膀札垺碧栱椖恐鞒醒袉挝挥?009年10月聯(lián)系水聲一級計量站，由于項目時間要求緊迫，水聲站立即成立了專門研究小組，充分利用國防軍工計量“十五”、“十一五”標(biāo)準(zhǔn)水聽器和換能器研究成果，與項目主承研單位經(jīng)過多次技術(shù)研討后，及時高效地開展換能器設(shè)計與研制工作，并第一時間確定了所需換能器的外形尺寸、聲學(xué)性能、接口模式等重要技術(shù)性能指標(biāo)。綜合“蛟龍”號總體對換能器輻射聲場的要求及深海惡劣的工作環(huán)境，水聲站創(chuàng)新采用縱向振動和彎曲振動相結(jié)合的縱彎多模振動換能器。在換能器殼體內(nèi)部設(shè)置專用擋板，有效抑制換能器的后向輻射?？茖W(xué)調(diào)節(jié)前蓋板的幾何尺寸，使彎曲頻率降低、頻帶拉寬。為充分適應(yīng)深海惡劣的工作環(huán)境，采用鈦合金耐壓殼體作為換能器外殼，同時采用科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和壓力平衡技術(shù)，確保了換能器能夠在超高靜水壓條件下正常穩(wěn)定地工作。

　　水聲一級計量站于2010年2月完成了換能器初樣研制與聲性能校準(zhǔn)測試，技術(shù)性能指標(biāo)基本滿足要求，略作優(yōu)化修改后，于2010年4月完成了換能器正樣研制工作，如圖1所示。

　　水聲一級計量站依托Φ4m×12m大型變溫變壓消聲水池，利用10MPa高靜水壓下?lián)Q能器特性校準(zhǔn)裝置、換能器電聲綜合參數(shù)校準(zhǔn)裝置、水聲換能器大功率特性測試系統(tǒng)等多套校準(zhǔn)裝置、測試系統(tǒng)，完成了SD10型換能器在10MPa靜水壓下聲性能參數(shù)的實時在線校準(zhǔn)與測試。因水聲一級計量站已有條件無法完成（10～70）MPa高靜水壓下?lián)Q能器聲性能參數(shù)的實時在線校準(zhǔn)與測試（注：（10～70）MPa高靜水壓下能力建設(shè)已在“十三五”規(guī)劃中完成設(shè)計與建設(shè)工作），水聲站依托兄弟單位完成70MPa水壓試驗，在SD10型換能器無漏水、絕緣正常的情況下，隨后用水聲站相關(guān)裝置完成了SD10型耐超高靜水壓深水寬帶換能器70MPa水壓試驗后聲性能參數(shù)的校準(zhǔn)與測試。如圖2所示。

　　圖2 SD10型換能器70MPa水壓試驗后部分 聲性能參數(shù)校準(zhǔn)與測試結(jié)果

　　隨后SD10型耐超高靜水壓深水寬帶換能器交付項目主承研單位，作為高速水聲通信系統(tǒng)關(guān)鍵核心裝備安裝在“蛟龍”號載人潛水器上，如圖3所示。并成功完成了“蛟龍”2010年3000米、2011年5000米載人深潛試驗中的高速水聲通信任務(wù)，并由系統(tǒng)主承研單位出具了“使用證明”文件。

　　圖3 “蛟龍”號上SD10型換能器安裝圖

　　三、取得成果

　　北京時間2012年6月24日，“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器在西太平洋馬里亞納海溝進(jìn)行了7000米級海試任務(wù)的第四次下潛試驗，最大下潛深度7020米。6月27日進(jìn)行了第五次下潛試驗，“蛟龍?zhí)枴痹俅嗡⑿率澜缤愝d人潛水器最大下潛深度，最大下潛深度達(dá)7062.68米。6月30日進(jìn)行第六次下潛試驗，也是全部海試中的最后一次下潛試驗，最大下潛深度7035米?！膀札垺碧?000米級海試任務(wù)的成功，使中國成為繼美國、法國、俄羅斯、日本之后世界上第五個掌握大深度載人深潛技術(shù)的國家。由水聲一級計量站研制的“蛟龍?zhí)枴盨D10型耐超高靜水壓深水寬帶換能器在整個試驗中工作正常、性能穩(wěn)定，確保了整個試驗的成功。與此同時，也標(biāo)志著水聲一級計量站耐超高靜水壓深水換能器的研制能力已處于國際領(lǐng)先水平。