Разработка и исследование методов снижения инструментальной погрешности перспективных стационарных измерительных гидроакустических систем нового поколения

• Автор: Кособродов, Роман Анатольевич
• Шифр специальности: 05.11.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Г АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ, ПРОВОДИМЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАЦИОНАРНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ (СИГС)

1Л Основные сос тавляющие инструментальной погрешности стационарных

измерительных гидроакустических систем

1.2 Основные источники дополнительной погрешности измерений

1.2.1 Шумы обтекания

1.2.2 Шумы, наведённые флуктуациями температуры

1.2.3 Флуктуации давления, вызываемые поверхностным волнением

1.2.4 Вибрационные шумы

1.3 Уровни фоновых гидроакустических шумов

1.4 Постановка задачи и выбор направлений исследований
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ РАССЕЯНИИ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН НА ЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
2.1 Выбор модели для расчёта дифракции акустического поля на носителях аппаратуры стационарных измерительных гидроакустических систем
2.2 Уравнения теории дифракции акустических волн на упругих телах
2.3 Дифракция акустических волн на упругой сферической оболочке
2.4 Исследование упругих волн в сферической оболочке
2.5 Исследование акустических волн, распространяющихся в системе жидкость -
сферическая оболочка с заполнителем
2.5.1 Анализ явлений, возникающих при рассеянии акустических волн полой оболочкой

2.5.2 Исследование антисимметричной волны Лэмба в оболочке, заполненной жидкостью
2.5.3 Исследование симметричной волны Лэмба
2.6 Расчёт пространственной структуры поля плоской акустической волны, рассеянной сферической оболочкой
2.7 Расчёт дифракционной составляющей инструментальной погрешности автономной измерительной гидроакустической системы со сферическим корпусом
2.8 Выводы
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
3.1 Экспериментальное определение дифракционной составляющей инструментальной погрешности автономной измерительной гидроакустической системы
3.2 Измерения уровней фоновых гидроакустических шумов в Кандалакшском заливе Белого моря с использованием автономной системы
3.3 Экспериментальное исследование псевдозвуковых шумов, наводимых подводными течениями на измерительные гидроакустических системы различной конструкции
3.4 Результаты натурных испытаний макета носителя аппаратуры, позволяющего уменьшить инструментальную погрешность СИГС
3.5 Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Стационарные измерительные гидроакустические системы (СИГС) используются для решения широкого класса задач гидроакустики, океанологии, акустического мониторинга океана, технической акустики. По сравнению с измерительными системами других типов (корабельными, автономными и буксируемыми) стационарные системы имеют ряд преимуществ: малые уровни собственных шумов, возможность немедленного получения измерительной информации, хорошая изученность среды распространения и шумов акватории в месте размещения системы, возможность контроля параметров среды в ходе измерений. Стационарные измерительные системы с одиночным гидрофоном являются основными системами в составе специальных морских полигонов. Подавляющее большинство реализованных в настоящее время методов измерений используют информацию, получаемую с таких систем. Метрологические характеристики стационарных измерительных гидроакустических систем определяют качество полигона в целом.
При разработке СИГС необходимо учитывать многие влияющие факторы: подводные течения, турбулентность, пульсации температуры, вибрации элементов конструкции системы. Теоретический анализ этих факторов затруднён, и, подчас, просто невозможен. На практике для их устранения применяют сложные конструкции приёмных модулей, содержащие обтекатели, элементы вибрационной развязки и т.д. К настоящему времени накоплен большой опыт проектирования и эксплуатации подобных устройств, однако некоторые метрологические вопросы остаются нерешёнными. В частности, существует проблема определения изменений чувствительности и характеристики направленности системы, обусловленных наличием обтекателя и дифракцией на элементах конструкции приёмного модуля. Точный теоретический расчёт чувствительности системы сильно усложняется, особенно при учёте резонансного рассеяния, и может быть выполнен лишь для

гидроакустических шумов имеют пологий максимум вблизи частоты 0.2 - 0.3 Гц, обусловленный воздействием низкочастотной океанской зыби. Измерения шумов, проведённые в различных местах Мирового океана, показали, что величина данного максимума сильно зависит от местоположения и погодных условий и колеблется от 120 дБ до 160 дБ относительно 1 мкПа в полосе 1 Гц.
Между поверхностным волнением, гидроакустическими и сейсмическими шумами установлена тесная взаимосвязь. При отсутствии условий для нелинейного взаимодействия поверхностных волн, решающим источником подводного шума в диапазоне от 0.1 Гц до нескольких Герц могут стать колебания земной поверхности.
Для более высоких частот, от 5-6 Гц до десятков Герц, наиболее вероятным источником подводного шума являются пульсации давления, вызываемые вблизи водной поверхности турбулентным ветром. При этом предполагается единый механизм для образования поверхностного волнения и гидроакустических шумов, поэтому их спектры связаны частотным соотношением 1:1.
Сложность физических процессов, участвующих в формировании инфразвуковых шумов океана, обуславливает необходимость проведения комплексных экспериментов, когда одновременно измеряются многие параметры: направление и скорость ветра, параметры поверхностного волнения и сейсмические шумы. Существует также большое количество посторонних факторов, влияющих на качество измерений: шумы обтекания приёмника подводным потоком, турбулентные пульсации давления в подводном потоке, вибрации элементов приёмной системы и пульсации температуры.