ВЛИЯНИЕ ПРИПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ОКЕАНА НА НЕЛИНЕЙНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОЛН В ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ АНТЕННЕ
,
Приповерхностный слой океана обладает рядом особенностей, влияющих на распространение и рассеяние акустических волн. В пределах единиц – десятков метров в приповерхностных слоях океана присутствуют воздушные пузырьки. Они возникают непосредственно у поверхности моря при разрушении волн и переносятся вглубь турбулентными движениями воды. Пузырьки возникают также в кильватерных следах судов и сохраняются в течение длительного времени. Имеются пузырьки и внутри некоторых морских организмов. Наличие воздушных пузырьков приводит к уменьшению скорости звука, появлению дисперсии скорости, возрастанию поглощения и к увеличению нелинейного параметра среды. Все перечисленные параметры оказывают влияние на характеристики параметрической антенны, работающей в приповерхностном слое. Изучение названных явлений интересно для исследователей и рассматривается в литературе [1], что позволяет говорить об их актуальности.
В настоящей работе рассматривается возможность оценки некоторых характеристик параметрических антенн в воздухонасыщенном приповерхностном слое. Основное внимание уделяется исследованию распределения уровня звукового давления вдоль параметрической антенны в водной среде с различными значениями нелинейного параметра и скорости звука. Эти характеристики входят в выражение для расчета пространственного распределения давления волн разностной частоты [2]:
| (1) |
,где 
– параметр нелинейности; 
– длина области дифракции волны разностной частоты; Lз = 1/b; b - коэффициент затухания звука на разностной частоте; F - – разностная частота; W = 2pF-; P01, P02 – амплитуды давления волн накачки у поверхности антенны; со – скорость звука; а – апертура излучателя накачки; g – нелинейный параметр (для воды принимается равным 7,1); rо – равновесная плотность.
| (2) |
,где 
lD1, lD2 = a2 w1,2 /2co – длина зоны дифракции для волн накачки; w1,2 – круговая частота волн накачки; lз =1/a1,2 – длина зоны затухания для волн накачки; a1,2 – коэффициент затухания на частотах накачки;
r – поперечная координата….
Для случая взаимодействия акустических волн в пузырьковой среде увеличение параметра нелинейности ε и уменьшение скорости распространения звука c приведут к повышению звукового давления на разностной частоте. Предположим, что параметр нелинейности и величина скорости звука принимают различные значения в зависимости от концентрации и размеров пузырьков, но не изменяются по трассе распространения сигнала. Такая модель соответствует режиму горизонтальной локации при обзоре пространства впереди и в стороне от судна. В зависимости от степени заглубления антенны в пределах приповерхностного слоя скорость звука и нелинейные свойства воды в области нелинейного взаимодействия оказываются различными.
Проведем оценку влияния указанных характеристик морской среды на эффективность нелинейного взаимодействия в параметрической антенне на основе выражения (1). Предположим, что в зависимости от заглубления антенны накачки параметрического излучателя в пределах приповерхностного слоя значение скорости звука изменяется от 1462 м/с вблизи поверхности до 1518 м/с на глубине 20 м [3]. Для оценки влияния на нелинейное взаимодействие волн только скорости звука условно считаем, что параметр нелинейности с глубиной не меняется и составляет e = 3,5. На рис.1 представлены результаты расчета осевого распределения уровня звукового давления параметрической антенны на разностной частоте 10 кГц, при частотах накачки в районе 50 кГц и интенсивности волн накачки 2Вт/см2. Ширина характеристики направленности параметрической антенны составляет 3°. Значения скорости звука выбирались равными 1462 м/с (верхняя кривая); 1476 м/с; 1497 м/с; 1500 м/с; 1518 м/с (нижняя кривая), соответственно. Как видно, даже такой, сравнительно большой, перепад скоростей звука в среде несущественно влияет на процесс нелинейного взаимодействия: уровень звукового давления сигнала разностной частоты меняется в пределах 10%.
|
Рис. 1. Осевое распределение амплитуды звукового давления волны разностной частоты при изменении скорости звука |
Для анализа …
ЛИТЕРАТУРА
1. Введение в акустическую спектроскопию микронеоднородных жидкостей.: Дальнаука, 20с.
2. , , Нелинейная гидроакустика.: Л. Судостроение, 19с.
3. Дж. Основы гидроакустики. Л.: Судостроение, 19с.
