CC BY
84
Секция акустических приборов и медицинской техники
УДК 534.222 Ю.В. Душенин, М.С. Рыбачек
ВОЗБУЖДЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ АНТЕННОЙ В НЕКОНСОЛИДИРОВАННЫХ
СРЕДАХ
Большая эффективность применения параметрических гидроакустических излучателей (ПГИ) для обнаружения заиленных объектов в донных водонасыщенных осадках (ДВО) обусловлена их способностью формировать высоконаправленное излучение на низких частотах при малых габаритах антенны [1].
Как известно, ДВО представляют собой сложную многофазную по своей структуре среду в отличии от воды. В осадках могут присутствовать как продольная С] ,так и поперечная С, составляющие скорости распространения колебаний [2]. Наличие нескольких компонент скорости в ДВО может дать возможность возбуждения различного типа волн при использовании ПГИ [3, 4].
В предлагаемой работе представлены результаты экспериментальных исследований характеристик ПГИ, таких как осевое распределение амплитуды звукового давления волны разностной частоты (ВРЧ), амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и поперечное распределение для случая, когда взаимодействие акустических волн происходит в многофазной среде "вода-осадки" для углов их падения, близким к углам скольжения.
В качестве ДВО использовался слой глины толщиной 0,4 метра, помещенной в лабораторном бассейне с размерами 2x1,2x1,8 метра соответственно.
В слое глины располагались измерительные сферические гидрофоны на глубинах 0,05; 0,15; 0,25; 0,3 метра. Преобразователь накачки с центральной частотой Гоц=300 кГц и геометрическими размерами 0,07x0,08 м размещался на координатном устройстве в слое воды на глубине 0,25 м от границы раздела. Он был ориентирован в пространстве относительно измерительных гидрофонов под утлом -75° к нормали границы раздела. Среда помещалась близко к максимуму активной зоны взаимодействия на расстоянии
Вначале была оценена энергия продольной волны, переходящая за границей раздела в энергию поперечной волны по уровням падающего, отраженного и прошедшего в глину сигналов (рис. 1). Для падающей и отраженной волн были отсняты АЧХ по частотам накачки (рис. 2), и ВРЧ (рис. 3). Как видно из данных зависимостей, в глину попадает максимум 20% излучаемой энергии. Флюктуации в характеристиках связа-
ны с АЧХ гидрофонов и измерительного тракта. В дальнейшем при об-
Рис. 2. АЧХ частот накачки
■о----прямой сигнал
На рис. 4 и 5 представлены экспериментально отснятые кривые осевого распределения звукового давления и АЧХ на расстояниях 0,1; 0,2; 0,35; 0,45 м для ВРЧ 15; 25; 35; 40; 45 кГц. Как видно из рисунков, давление вначале убывает, а затем начинает возрастать. Предположительно, на первом этапе есть прошедшая из воды продольная волна накачки, которая трансформируется в поперечную. Есть разностная продольная пришедшая из воды волна, которая тоже трансформируется в поперечную. Ее уровень убывает из-за затухания. Постепенно, с расстоянием, уровень давления поперечной разностной нарастает, т.е. происходит генерация поперечной ВРЧ с характерным максимумом.
О - 15 кГц
д -25 кГц
0— -35 кГц
• - 40 кГц
* - 45 кГц
Г.н
Рис. 4. Осевое распределение амплитуды давления поперечной ВРЧ
в глине
На рис. 6 показано поперечное распределение поперечной ВРЧ, прошедшую в глину на расстояние 0,35 м. Как видно из рисунка, традиционно, с увеличением ВРЧ ширина поперечного распределения обужа-ется.
"15 кГц -25 КГЦ -35 КГп -45 КГц
а2 0 0.1 0,2 0,3
Рис. 6. Поперечное распределение поперечной ВРЧ в глине
При проведении экспериментальных исследований, генерация поперечной волны распознавалась по временному положению сигнала от расстояния. При этом с увеличением глубины скорость изменялась в диапазоне от 400 до 480 м/с. А так же распознавание производилось по характерному нарастанию давления, за счет взаимодействия, несмотря на малый уровень прошедшего в глину сигнала.
В конце были проведены экспериментальные исследования по использованию поперечной волны в локационном режиме. Для чего на глубине 0,3 м была зарыта алюминиевая пластина, с размерами 0,25x0,15 м, расположенная перпендикулярно к углу прихода поперечной волны. ’ Приемный гидрофон был прикреплен к платформе преобразователя накачки. Полное расстояние, прошедшее волной до объекта и обратно, составило 2,7 м (рис. 7), при этом скорость поперечной волны составила 400 м/а Так же была отснята АЧХ поперечной волны, отраженной от объекта в глине, и продольная на этом же расстоянии в воде (рис. 8).
Рис. 7. Локационный режим, геометрия эксперимента
Приведенные экспериментальные исследования показывают, что при углах падения, близких к углам скольжения к границе раздела, в ДВО, кроме продольных, возникают и поперечные волны, основные характеристики которых и были нами измерены.
ЛИТЕРАТУРА
1. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И: Нелинейная гидроакустика. Л.: Судостроение. 1981.
2. Мюир Т.Дж. Нелинейная гидроакустика и ее роль в геофизике морских осадков Акустика морских осадков. М.: 1977. С. 227-273.
3. Душснин Ю.В , Душенина И.Б., Рыбачек М.С. Исследование характеристик параметрической) излучателя в донных осадках, в лабораторных условиях //
Прикладная акустика. Таганрог: Вып. XIII. С. 68-73. Деп. в ВИНИТИ 28.12.1988. № 9108-В88.
4. Душсчин Ю.В. Исследование нелинейного взаимодействия волн для оценки экологического состояния донных водонасыщенных осадочных сред Сборник тезисов докладов молодежной научной конференции XXI Гагаринские чтения. М.. 1995. Ч. 5. С. 31.
УДК 534.222
В.А. Воронин, И.А. Кириченко
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕОДНОРОДНОГО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОТОКА
НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ
В обычных задачах гидроакустики рассматривается распространение звука в неподвижной водной среде [1]. В реальных условиях работа параметрических антенн происходит в неоднородной среде. Поэтому возникает необходимость исследований по влиянию неоднородностей на параметры нелинейного взаимодействия и характеристики параметрической антенны.
Одним из наиболее распространенных случаев гидрофизических неоднородностей в реальных условиях Океана является гидродинамический поток, возникающий при движении носителя параметрической антенны.
В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию ортогонального потока жидкости на характеристики параметрической антенны.
Измерение осевого и поперечного распределений амплитуд давления проводились в гидроакустическом бассейне. В эксперименте использовались параметрические антенны с диаметром преобразователя накачки <і=19 см, частотой накачки 120 кГц, амплитудой волны накачки р=250000 Па для первой антенны и с£= 1,8 см, /=1,1 МГц, р=100000 Па для второй антенны. Средняя скорость гидродинамического потока, создаваемого в области нелинейного взаимодействия и= 1 м/с, что позволяет считать гидродинамическое число Маха А/ = и/с малым.
На рис. 1 представлена геометрия проводимого эксперимента.
іЬ|
V
►
Рис. 1 Геометрия эксперимента
Вектор колебательной скорости V направлен вдоль оси г. Перпендикулярно к оси излучателя направлен вектор скорости гидродинамического потока и . Гидродинамический поток характеризуется направлением вектора скорости ІЇ, средним значением скорости и и шириной потока на оси излучателя Ь.
