Особенности формирования параметрических антенн в потоке движущейся жидкости

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ АНТЕНН В ПОТОКЕ ДВИЖУЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ

В.И. Тимошенко, И.Б. Старченко, Д.В. Бурьков

Investigation of work of parametric arrays using поп-linear properties of medium of propagation, and also of formation of its characteristics, requires to take into account the movement of liquid (not concerning the conditions of hy-droacoustical tank). In real conditions the medium of propagation of acoustical waves is not immovable itself (streams, currents) and there are moving objects as natural, as artificial origin in it. The wave equation, describing formation of parametric array in moving medium is obtained. The main spatial characteristics are calculated.

Параметрическая антенна представляет собой бестелесную антенну, формирование которой происходит в среде распространения звука [1], В реальных условиях работы параметрические антенны практически всегда оказываются в условиях движущейся рабочей среды: движение носителя антенны, гидродинамические потоки, природные течения, вызванные градиентами гидрофизических параметров и др. В ряде работ [2, 3] была сделана попытка описать работу параметрической антенны с учетом нелинейного взаимодействия первичных волн в гидродинамическом неоднородном потоке жидкости. Исследовались различные масштабы неоднородкостей. Использовались допущения о малости чисел Маха и Рейнольдса. Рассматривалась геометрия поперечного расположения потока направлению распространения акустических волн (акустической оси параметрической антенны),

В данной работе исследуется случай, когда акустическая ось антенны параллельна направлению вектора скорости потока. Таким образом получается, что формирование характеристик и нелинейное взаимодействие первичных волн происходит в движущейся водной среде. Геометрия задачи показана на рис. 1.

Здесь 2 - направление распространения акустических волн,//, /2 - частоты первичных волн, Р_ - разностная частота, и- вектор скорости потока, |й} = и2. Считается, что поперечные размеры потока больше размеров преобразователя накачки (по крайней мере на расстоянии 2+3 //* где 1а - длина зоны дифракции по первичным волнам). Затененная область на рис. 1 соответствует потоку жидкости, пунктир ограничивает область нелинейного взаимодействия, Преобразователь накачки представляет собой антенну с круглым раскрывом и гауссовой аппроксимацией поперечного распределения звукового давления на его поверхности.

Рис. 1

В качестве исходного уравнения будем использовать волновое уравнение движения сжимаемой жидкости [4].

У*р-

; дс & дх1х1 дг

4

-р>

(о

с0аг

где р - звуковое давление; со - скорость звука; ? - время; х- радиус-вектор точки пространства; и - скорость движения жидкости; ач - тензор вязких напряжений; р - плотность жидкости; Q„ Р- источники, выражающие, соответственно, скорость изменения во времени массы и количества движения; /,У=/...3 - индексы, соответствующие координатным осям. Для выбранной геометрии

ди,

\дх* дх^

где г} и /л - коэффициенты вязкости.

Учитывая проведенные выкладки, уравнение (1) перепишется в виде

, д*и _

^ г- Л __

р'4а’~ * # ^4

Упрощая данное уравнение с использованием метода медленно меняющегося профиля, получим преобразованное для случая движущейся среды уравнение Хохлова-Заболотской-Кузнецова [1].

~Р

138

д Г ф є ф Ь д* р 4 1 * *Ы] 2є

дс ч & q\р^’де 2с?0рді2 > 2^-dip # 4pU/ [ Я і

где е- нелинейный параметр; Ь - диссипативный коэффициент [1], г- время в сопровождающей системе координат; Лх - поперечный лапласиан; Р0 - звуковое давление на поверхности преобразователя накачки.

Представляя звуковое давление р в виде суммы двух компонентр, и р2, определяющих, соответственно, давление в среде в отсутствии потока и давление, создаваемое самим потоком, получим систему уравнений.

( ^ ' &Р,\ 4 . £ #*{РоУ

-~;Ар,=-

С4оР

dv 2спр ck2

\ ~ Л 2Є

-—4 р2=-~тиг 2 с0р

а2

Ґ ^ J \

а

-^{Р:Рі)=0

Второе уравнение системы (4) описывает вклад движущихся источников среды в процесс формирования параметрической антенны. Решая данное уравнение методом последовательных приближений, получим решения для продольной и поперечной компонент.

, „ 4-ПїєКріа e-"Vv (г/, (*)-/,(*)) ,

р2 ( r,z) =---—-----U, J-------77--77----------------(L

СоР

o(z-z')^ С/ 2 f 4( z- z’) + і hi2 СІ

2,2 2 г

г к а С

4[ 4( z-z') + і hi2 С]

С использованием полученных решений (5) были проведены расчеты уровня звукового давления на оси антенны и поперечного распределения. Использовалась система автоматизации математических вычислений Mathcad 7.0 Professional.

На представленных графиках сплошной линией представлено суммарное звуковое давление p=pi+pi, длинным пунктиром - составляющая суммарного давления pi, вносимая потоком, коротким пунктиром - составляющая р,, представляющая собой звуковое давление в отсутствие потока.

На рис. 2 (а) представлено осевое распределение уровня звукового давления в дальней зоне, на рис. 2(6) - в ближней, рассчитанное по выражению

(5). По оси абсцисс отложено расстояние вдоль оси г в метрах, по оси ординат - уровень звукового давления, нормированный на постоянный множитель. Вертикальной пунктирной линией отмечено положение расстояния по оси, соответствующее длине зоны дифракции //>

Из графиков рис. 2 видно, что наибольший вклад в общий уровень звукового давления вносится в ближней зоне до расстояния //> Начиная с расстояний порядка 5 длин дифракции, вклад второй составляющей /установится незначительным и графики суммарного уровня давления р и давления в отсутствие потока р, сливаются. Это можно объяснить тем, что в ближней зоне идет активное формирование параметрической антенны и движение среды накладывается на процесс движения первичных звуковых волн по среде. Эти два явления находятся в суперпозиции и их вклады практически одинаковы

4 473295 Р<*)

I Р

б) Рис. 2

ЛИТЕРАТУРА

1. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика.

Л.: Судостроение. -1981. -254 с.

140

2. Наугольных К.А., Рыбак С.А.. Скрынников Ю.И. О нелинейном взаимодействии акустических волн в неоднородном потоке жидкости.// Акуст. журн. 1993. Г. 39. №2. С. 321-325.

3. Кириченко И.А., Старченко И.Б., Тимошенко В.И. Модель параметрической антенны с учетом нелинейного взаимодействия первичных волн в гидродинамическом потоке жидкости.// Труды VI сессии РАО. 1997.

4. Миниович И.Я., Перник А.Д., Петровский В С. Гидродинамические источники звука. Л.: Судостроение. -1972. 480 с.

НОВЫЕ ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ОРУДИЙ ЛОВА И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Е.Н. Г а прилов

Heavy fishery on demersal and absence of the most informative control equipment on fishing vessels are often the of ruptures and even loss of fishing geas. The results from exploitation of new fishing gear control equipment show that trawl sonars have high efficiency not only during tracking and fishing of fish schools, but also for safety of fishing gears. Construction peculiarities, functional potentialities and technical parameters of one model of such equipment are considered, namely FS9D0/925MK1I produced by Kongsberg Simrad Mesotech Ltd.

Интенсивный промысел донных пород рыб за последние годы, отсутствие на многих промысловых судах наиболее информативных приборов контроля орудий лова, отсутствие описаний грунтов в районах промысла часто приводят к порывам и даже потерей орудий лова в результате их зацепов о неровности морского дна.

Так по материалам, представленных в работе /1/ наибольший процент мусора на морском дне вдоль Европейского побережья (более 70 процентов) составляют пластиковые предметы (сумки, бутылки) и остатки орудий лова.

Как показали результаты испытаний и опытной эксплуатации наиболее эффективными для поиска рыбных скоплений и сохранения орудий лова на донном промысле являются новые приборы, называемые, траловыми гидролокаторами. Они представляют полную информацию промысловикам не только о распределении рыбных скоплений в придонном слое, но и о неровностях донной поверхности и её структуре. К таким приборам относится модель FS900/925MKII (модернизированный вариант FS20/25), разработанный фирмой Kongsberg Simrad Mesotech ltd, Канада, модель TCS700E фирмы Westmar, США и модель TS - 333 фирмы Furuno, Япония. Функциональные возможности этих приборов контроля орудий лова во многом одинаковы, а

141