Sualtı akustik dalga yayılımında baloncukların dispersif modellenmesi
Dispersive modeling of bubbles for underwater acoustic wave propagation
Yazar: BURAK DEĞİRMENCİ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SERKAN AKSOY
Deniz Harp Okulu Komutanlığı / Deniz Bilimleri ve Mühendisliği Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Bölümü / Elektronik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Donanmamızda suüstü ve sualtı gemilerinde monteli sonar sistemlerinin performans modellerinin çıkartılması ve tespit ihtimallerinin değerlendirilmesi bakımından akustik dalgaların deniz ortamında yayılımı güncel bir konudur. Sonar denklemi kapsamında durum ele alınırsa; toplam iletim kaybının menzile bağlı değişiminin son derece önemli olduğu açık olup, özellikle karmaşık deniz ortamında iletim kaybı hesaplamaları ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada söz konusu karmaşık ortamlardan birisi olan baloncuklu deniz ortamında akustik dalga yayılımı problemi incelenmiştir. Baloncuklu deniz ortamı, bir çeşit dispersif/yayıcı ortam olan Debye türü olarak modellenmiş ve frekans uzayı dalga denklemi, dalga sayısının frekans bağımlı olarak düzenlenmesi ile, ters Fourier dönüşümü üzerinden zaman uzayı dalga denklemi elde edilmiştir. Zaman uzayında konvolüsyon işlemini içeren iki boyutlu zaman uzayı dalga denklemi zamanda ve konumda Kartezyen koordinatlarda ayrıklaştırılarak, Zaman Uzayında Sonlu Farklar yönteminin daha gelişmiş bir uygulaması olan Frekans Bağımlı Zaman Uzayında Sonlu Farklar yöntemi ile zamanda yinelemeli olarak çözülmüştür. Deniz yüzeyi ve deniz dibi Dirichlet türü sınır koşulu ile modellenen iki boyutlu deniz ortamının uygulanan bilgisayar algoritması bakımından sonlandırılması birinci tür Mur tipi Soğurucu Sınır Koşulu kullanılarak sağlanmıştır. Böylece belli bir noktadan uygulanan akustik bir kaynağın oluşturduğu akustik dalgaların dispersif baloncuklu ortamdaki yayılımı zaman ve frekans uzayında incelenmiş ve iki boyutlu problem uzayında akustik alan dağılımı elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar kapsamında, baloncuklu deniz ortamının özellikle geniş bantlı akustik dalgaların yayılımında zayıflatıcı bir çeşit filtre özelliği gösterdiği gözlenmiştir.

Abstract:
It?s an actual topic that acoustic wave propagation in sea, in terms of obtaining sonar performance models and the evaluation of detection probabilities of sonar systems assembled on Naval surface ships and underwater vessels; submarines. When the case is evaluated in terms of sonar equation, it?s obvious that the change of total propagation loss directly proportional to range is extremely important, especially in complex sea medium calculation of propagation loss advances. In this work, acoustic wave propagation problem is studied in one of these complex medium in question, the bubbly medium. Bubbly sea medium is modelled as a kind of dispersive media; Debye kind and by arranging the wave number frequency dependent on inverse Fourier Transform, time domain wave equation for dispersive bubbly medium is obtained. The time domain wave equation which includes convolution operation in time domain discretized in time and space in Cartesian coordinates, is solved iteratively in time by the help of Frequency Dependent Finite Difference Time Domain method (more developed method of FDTD) . Sea surface and sea bottom of the two dimension sea media modeled by Dirichlet boundary condition, termination of problem space for the applied computer algorithm is obtained by using first kind Mur type Absorbing Boundary Condition. Thus propagation of acoustic waves in dispersive bubbly medium generated by a specific acoustic source was examined in time and frequency domain and also acoustic wave distribution in two dimensional problem space is gained. In context with the conclusions drawn; it is observed that bubbly sea medium particularly in wideband acoustic wave propagation, behave as a kind of filter.