CC BY
55
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.
Секция акустических приборов и медицинской техники
На рис. 2 и рис. 3 представлены нормированные пространственные характеристики параметрической антенны с частотой накачки f = 120 кГц и разностной частотой Е=30 кГц, измеренные в отсутствие потока.
Кривые 1 на рис. 2 и 3 соответствуют осевому и поперечному распределению исходной волны накачки с частотой Г = 135 кГц, кривая 2 соответствует осевому и поперечному распределению амплитуды волны разностной частоты Г=30 кГц. Кривая 3 на рис. 3 соответствует поперечному распределению амплитуды давления второй гармоники исходной волны накачки.
Рис. 2. Распределение звукового давления исходных и разностных частот на оси параметрической антенны
-в- »
у..
Рис. 3. Поперечное распределение амплитуд давления волны разностной частоты, волн накачки и второй гармоники
В процессе подготовки эксперимента были исследованы временные зависимости создания гидродинамического потока в условиях гидроакустического бассейна и определены интервалы времени Т, в пределах которых поток можно считать ограниченным, ширина потока на оси преобразователя и средняя скорость потока, т.к. известно [2], что на большом расстоянии от сопла свойства гидродинамического потока зависят только от потока количества движения М0, которое может бьггь определено как Мо^рц^А, где и -скорость потока, которая предполагается постоянной по площади среза, А -площадь среза, р - плотность неподвижной среды
Изменение размеров выходного сопла позволит изменять ширину создаваемого потока. Ширина потока на оси преобразователя с с!=19 см и {=120 кГц была равной 0,1^, 0,2 1а и 0,3 1&
На рис. 4 представлены экспериментальные зависимости осевого распределения амплитуды давления волны разностной частоты на оси параметрического излучателя, когда в области нелинейного взаимодействия присутствует гидродинамический поток. Кривая 1 на рис. 4 соответствует осевому распределению волны разностной частоты в отсутствие потока. Кривые 2-4 характеризуют изменение амплитуды давления после создания в области нелинейного взаимодействия гидродинамиче-
ского потока перпендикулярного к оси параметрического излучателя, когда ось патока располагалась на расстоянии 0,5 м; 1,6 м и 2,6 м от поверхности преобразователя накачки. Из результатов эксперимента видно, что появление в области нелинейного взаимодействия гидродинамического потока приводит к увеличению амплитуды звукового давления волны разностной частоты на оси параметрического излучателя.
Р/Р«
1.0 0
Рис. 4 Осевое распределение амюгитуды давления г*‘.ты разностной частоты Р=30 кГц, Ъ=0,2 1^, и = / *' <•
Проблема влияния плавнонеоднородного гидродинамического потока на нелинейное взаимодействие звука для случая генерации звука полем накачки в жидкости, нелинейный параметр которой модулирован гидродинамическим потоком была рассмотрена в [3].
Решение для исходного звукового поля р при этом представлялось в виде
/> = /;, +р2,
где р! - низкочастотное поле, генерируемое в отсутствие потока; ро -поправка к полю рь обусловленная наличием гидродинамического потока.
Особенностью проведенных измерений является то, что в отличие от [3], где полагается изменение потока на масштабах, значительно превосходящих длины всех акустических, масштабы изменения потока сравнимы с длинами волн. Кроме этого, сам гидродинамический поток является компактным и существует только в ограниченном объеме области нелинейного взаимодействия. Известно [2], что пульсации давления в неоднородном гидродинамическом потоке могут быть в сотни раз больше, чем при ламинарном течении. Это приводит к тому, что нелинейный параметр, который зависит от гидростатического давления [1], модулируется пульсациями давления в потоке, что привносит изменения в общую картину поля параметрической антенны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Новиков Б.К. Руденко О.В., Тимошсико В.И Нелинейная гидроакустика Л.: Судостроение. 1981. С.264. ,
2. Брэдшоу П. Введение в турбулентность и ее намерение. М.: Мир, 1974. С. 278.
3. Наугольных К.А., Рыбак С.А., Скрынников Ю.И. О нелинейном взаимодейст-
вии акустических волн в неоднородном потоке жидкости '! Акустич. журнал, 1993. Т. 39. № 2. С. 321 - 325. .
