Влияние приповерхностного слоя океана на нелинейное взаимодействие волн в параметрической антенне

На рис.3 представлена структурная схема установки для испытания образцов на коррозионное растрескивание. Устройство с исследуемым образцом и закрепленным на образце приемником акустической эмиссии помещают в стеклянную кювету, в которой находится 3% раствор №0 .В качестве обнаружителя трещин используются сигналы акустической эмиссии. Регистрация сигналов АЭ осуществляется посредством “Акустоэмиссионного анализатора”, установки АФ-15 и визуально с помощью лупы с 3-кратным увеличением

Визуальный осмотр проводится через каждые 10 минут после погружения образца в раствор. Для обработки сигналов с помощью ЭВМ специально разработан и изготовлен блок АЦП с программным обеспечением. Частота дискретизации заложена до 10 МГ ц.

Рис.3. Схема исследования коррозионного растрескивания металлов методом

акустической эмиссии

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Смирнов В.И. Об оценке размеров дефектов методом АЭ с позиции линейной механики разрушения // Дефектоскопия. 1979№2.С. 45-50.

2. ОСТ 1 90211-76. Стали высокопрочные. Метод ускоренного испытания на прочность к коррозионному растрескиванию. М.: ВИАМ, 1976.

3. ГОСТ 9.901.1-89. Металлы и сплавы. Общие требования к методам испытаний на коррозионное растрескивание. М.: Стандартов, 1993. С.121-136.

4. ГОСТ 9.901.2-89. Металлы и сплавы. Испытание на коррозионное растрескивание образцов. М.: Стандарты,1993.

Ю.А. Забелина, С.С. Коновалова

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 кильватер-

ных 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]:

_ = ' п ' . . / . , (1) где =—+— - параметр нелинейности; =_ - длина области дифракции

волны разностной частоты; Ьз = 1/р; р - коэффициент затухания звука на разностной частоте; Б- - разностная частота; О = 2лБ-; Р01, Р02 - амплитуды давления волн накачки у поверхности антенны; со - скорость звука; а - апертура излучателя накачки; у - нелинейный параметр (для воды принимается равным 7,1); ро - равновесная плотность.

+

У

+

+

+

+

где = _ =_ =_ =_ lDi, lD2 = a2 ю i>2 /2co - длина зоны дифракции для

волн накачки; ю1>2 - круговая частота волн накачки; 1з =1/а12 - длина зоны затухания для волн накачки; а12 - коэффициент затухания на частотах накачки; г - поперечная координата.

Для случая взаимодействия акустических волн в пузырьковой среде увеличение параметра нелинейности є и уменьшение скорости распространения звука с 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 є = 3,5. На рис.1 представлены результаты расчета осевого распределения уровня звуко-

вого 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%.

* Р_. Па

2500

0 10 20 30 40 50

Рис. 1. Осевое распределение амплитуды звукового давления волны разностной частоты при изменении скорости звука

Для анализа степени влияния параметра нелинейности приповерхностного слоя моря на эффективность нелинейного взаимодействия в параметрической антенне воспользуемся результатами экспериментальных измерений, полученных в экспедиции на НИС «Академик А.Виноградов» [1]. На рис.2 представлены усредненные результаты измерений нелинейного акустического параметра приповерхностного слоя вод северной части Тихого океана на различных глубинах.

а б

Рис.2. Нелинейный параметр приповерхностного слоя субарктических

Приведенные данные охватывают диапазон частот 5-50 кГц. Используя их, рассчитаем распределение звукового давления волн разностной частоты вдоль оси

антенны накачки, которая последовательно располагается на разных глубинах и, соответственно этому, различные значения параметра нелинейности принимаются для расчета. Параметры антенны используем такие же, как в предыдущем примере. Изменение скорости звука с глубиной не учитывается. Результаты расчета приведены на рис.3. Они подтверждают существенное влияние параметра нелинейности приповерхностного слоя на уровень звукового давления сигнала разностной частоты параметрической антенны.

Рис.3. Осевое распределение амплитуды звукового давления волны разностной частоты при изменении параметра нелинейности: глубина 6 м соответствует 6=35,713; 7 м - 8=36,17; 8 и 9 м - 6=35,218; 10 м - 6=37,617; 11 м - 6=41,881; 12 м -8=31,906; 13 м - 8=23,796; 14 м - 6=19,989; 15 м - 6=13,783; 16 м - 6=8,148

Проведенные оценки показывают особую важность учета состояния поверхностного слоя моря на характеристики параметрических антенн. Необходимо дальнейшее совершенствование как методики учета всех факторов, влияющих на процесс нелинейного взаимодействия, так и получение более детальной информации о поведении параметра нелинейности в воздухонасыщенном поверхностном слое океана.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Буланов В.А. Введение в акустическую спектроскопию микронеоднородных жидкостей.: Дальнаука, 2001. 280 с.

2. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика.: Л. Судостроение, 1981. 264 с.

3. УрикР.Дж. Основы гидроакустики. Л.: Судостроение, 1978. 448 с.

И. И. Микушин

АЛГОРИТМ УСТРАНЕНИЯ ВЫБРОСОВ В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Для решения различных задач гидроакустики, когда необходимо знание вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ), производят измерение скорости звука и глубины с помощью корабельной измерительной аппаратуры, состоящей из бортовой и забортной (первичные преобразователи) частей. Первичные преобразователи скорости звука и глубины при погружении в воду передают в бортовую аппаратуру сигналы, несущие информацию о ее численных характеристиках. В бортовой