Моделирование и исследование модовой структуры звуковых полей направленных антенн в подводных волноводах

• Автор: Злобин, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.08.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 188 с. : ил.

Содержание
Введение

Г лава 1. Исследование и моделирование характеристик направленных

источников

Глава 2. Точечный источник в волноводе Пекериса

2.1. Модели волноводов

2.2. Постановка задачи

2.3. Классическое и обобщенное решения

2.4. Поведение фазовых и групповых скоростей регулярных

нормальных волн

2.5. Особенности классического решения

2.6. Обобщенное решение
2.7. Сравнительный анализ классического и обобщенного решений в
волноводе
2.8. Расчет звукового поля в соответствии с обобщенной теорией
2.9. Особенности обобщенного решения
2.10. Моделирование импульсной характеристики пограничного звукового канала
Выводы
Г лава 3. Особенности звуковых полей в жидком волноводе, нагруженном на жидкое или твердое полупространство, при возбуждении направленным звуковым пучком
3.1. Фазированный излучатель
3.2. Моделирование направленного излучения в волноводе с нижней
импедансной границей
3.3. Параметры модельного волновода с твердым дном
3.4. Структура нормальных волн

3.5. Поведение коэффициента отражения сферической волны на
границе раздела жидкость - твердое тело
3.6. Звуковое поле в волноводе
Выводы
Глава 4. Направленные источники в волноводе Пекериса
4.1. Основные положения теории мультипольных излучателей
4.2. Расчетные формулы для вертикального монополя
4.3. Анализ численных моделей звуковых полей монопольного
источника
4.4. Вертикальный диполь
4.5. Вертикальный квадруполь
4.6. Двойной диполь
4.7. Энергетические характеристики мультиполей
Выводы
Глава 5. Оптимизация условий возбуждения придонной волны направленной антенной, работающей вблизи дна
5.1. Характеристики придонной волны
5.2. Экспериментальные исследования придонной волны
5.3. Расчет энергетических характеристик антенны
5.4. Рекомендации по оптимизации параметров антенны, применяемой
для возбуждения придонной волны
Выводы
Заключение
Литература
Приложение А
А.1. Программы расчета звуковых полей
А.2. Листинги программ
Введение
Актуальность проблемы
Для исследования Мирового океана широко применяются акустические приборы и устройства. С развитием подводных технических средств повышаются требования, предъявляемые к гидроакустическим средствам подводного наблюдения, связи, навигации, эффективность работы которых в большей степени определяется акустическими антеннами.
В настоящее время строгий анализ энергетических характеристик антенн (в частности собственного и взаимного сопротивления излучения) с учетом дифракции волн на экранах произведен для антенн, работающих в свободном пространстве. Выявлены более эффективные формы, размеры, взаимное расположение элементов. В то же время разработка новых математических и физических моделей, учитывающих влияние поверхности, дна, реальных характеристик среды необходима для создания излучающих комплексов акустико-гидрофизических полигонов, которые совместно с приемными гидроакустическими антеннами образуют стационарные трассы. Одно из основных требований, предъявляемых к ним - способность формировать излучаемый сигнал в широкой полосе частот с заданными или варьируемыми частотными и фазовыми характеристиками.
Важный этап анализа звуковых поле в реальных волноводах связан с выявлением пространственно-частотной интерференционной изменчивостью звуковых полей.
Причем, если для ненаправленных излучающих систем такой анализ проводится, то интерференционная изменчивость звукового поля и степень ее подавления при направленном излучении (приеме) практически не рассматривались. Отсутствует в литературе и численный анализ энергетических характеристик излучателей типа вертикально-ориентированных цилиндрических, плоских антенн, горизонтальных дискретных антенн, а также исследо-

Дисперсионные зависимости для фазовых скоростей сф п являются монотонными кривыми, дисперсионные зависимости для групповых скоростей сгп имеют характерный минимум, соответствующий формированию волны
Эйри. Скорость волны Эйри сэ = с,2 / с2 соответствует групповой скорости в верхнем полупространстве с параметрами р,, с, при критическом угле падения.
Рисунок 2.2 — Фазовые (1) и групповые (2) скорости нормальных волн волновода Пекериса.
Особенности поведения групповой скорости играют большую роль при изучении распространения звука в мелкой воде. При групповом возбуждении нормальных волн дисперсия является причиной искажений передаваемого сигнала, т.к. различные нормальные волны имеют различные скорости распространения. Искажения отсутствуют, если в волноводе распространяется только первая нормальная волна, а остальные, высшие, не возбуждаются. Для