Исследование характеристик параметрической антенны при взаимодействии акустических волн в средах с дисперсией

• Автор: Пивнев, Петр Петрович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В ДИСПЕРСИОННЫХ СРЕДАХ
1.1. Распространение волн в плоских волноводах и трубах различного сечения
1.2. Нелинейное взаимодействие волн в средах с дисперсией
1.3. Выводы
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОЛН В СРЕДАХ С РАСТВОРЕННЫМИ ГАЗОВЫМИ ПУЗЫРЯМИ
2.1. Математическая модель взаимодействия многокомпонентных сигналов в средах с дисперсией
2.2. Моделирование взаимодействия волн для случая сильной дисперсии ВРЧ
2.3. Моделирование взаимодействия волн для случая сильной дисперсии волн накачки
2.4. Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В СИЛЬНО ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЯХ
3.1. Особенности распространения акустических волн в сильно вязких жидкостях
3.2. Исследование взаимодействия акустических волн в нефти
3.3. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В КРУГЛОМ ВОЛНОВОДЕ

4.1. Особенности распространения акустических волн в круглом волноводе
4.2. Моделирование взаимодействия волн в круглом волноводе для случая сильной дисперсии ВРЧ
4.3. Моделирование взаимодействия волн для случая сильной дисперсии волн накачки
4.4. Выводы
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ВОЛН В МЕЖОМ МОРЕ
5.13адачи проведения экспериментальных исследований
5.2. Аппаратура для проведения исследований и ее характеристик
5.3. Характеристики аппаратуры
5.4. Методика проведения экспериментальных исследований в условиях мелкого моря
5.5. Результаты экспериментальных исследований в мелком море
5.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение
Актуальность работы.
Гидроакустические системы с параметрическими излучающими антеннами в последнее время находят все большее применение. Разработанные методы расчета характеристик таких систем, либо не учитывают особенности распространения и взаимодействия волн в средах с дисперсией, либо останавливаются на особенностях процессов перекачки энергии волн накачки в энергию волны разностной частоты, не учитывая возможную многочастот-ность волн накачки и волн разностной частоты. Ранее было показано, что дисперсия ослабляет результат взаимодействия и перекачки энергии. С другой стороны, существуют методы увеличения энергии волн разностной частоты путем использования многокомпонентных сигналов. Использование параметрических антенн в мелком море решает задачу передачи энергии волн разностной частоты на большие расстояния. При этом дисперсия в мелком море - как волноводе - существенно влияет на характеристики параметрической системы. Акустические волны распространяясь в волноводе, несут информацию о физическом состоянии волновода. Акустические методы обладают многообещающими возможностями для долговременного дистанционного мониторинга температуры и течений водных масс на обширных акваториях и по всей глубине океана. Эксперименты по трансарктическому акустическому распространению показали, что время распространения звука существенно связано с потеплением из-за проникновения вод Атлантики в арктический бассейн [1, 2]. Для того, чтобы разрешить изменения во времени распространения сигнала в несколько десятков миллисекунд в условиях многомодового распространения в океаническом волноводе, применяются различные методы обработки сигналов. Пробуют применять методы возбуждения многомодового сигнала. Практика применения параметрических антенн показывает, что их диаграмма направленности может быть остронаправленной (1°-3° для разрешения по углу), и эта характеристика почти не зависит от частоты. Поэтому параметрическая антенна может обеспечивать одномодовое
Рисунок 2.1 - Зависимость фазовой скорости от частоты при нахождении в воде пузырьков радиусом от 2-10'5 до 2-10'3 см и концентрации п=5-1021/м3
Видно что, для различных значений компонент ВРЧ фазовые скорости существенно различаются, а для компонент накачки фазовые скорости различаются незначительно.
Проведем анализ, как влияет положение компонент на частотной оси на характеристики генерируемого сигнала волн разностной частоты.
При анализе будем наблюдать изменение амплитуды звукового давления ВРЧ от расстояния. Амплитуду выразим в относительных величинах Ри, которые равны отношению в каждой точке по расстоянию амплитуды ВРЧ в среде с дисперсией к максимальному значению амплитуды ВРЧ в среде без дисперсии, а расстояние выразим в длинах зон дифракции на средней частоте накачки.
На рисунке 2.2 представлено осевое распределение волны разностной частоты, полученное при взаимодействии двух первых компонент сигнала