Содержание к диссертации
Введение
1. Нелинейное взаимодействие в области системы нормальных дискретных плоскопараллельных слоев 11
1.1. Постановка задачи 11
1.2. Нелинейные взаимодействия в нормальных дискретных плоскопараллельных слоях 14
1.3. Область нелинейного взаимодействия акустической параметрической антенны с двухслойной системой при незатухающих волнах полей накачки 21
1.4. Области нелинейного взаимодействия акустической параметрической антенны трехслойной системы при незатухающих волнах полей накачки 27
2. Поле акустической параметрической антенны за тонким акустически жестким слоем (поперечные распределения, направленность, фазовые картины) .33
2.1. Теоретическая модель рассмотрения задачи 34
2.2. Численные расчеты для системы "вода-сталь-вода" 38
2.3. Структура поля волны разностной частоты за тонкой стальной пластиной 41
2.4. Численный анализ структуры вторичного поля звукового давления волны разностной частоты за тонкой преградой в области нелинейного взаимодействия акустической параметрической антенны 44
2.5 Численное моделирование при определении структуры вторичного поля в случае дискретно-слоистой области нелинейного взаимодействия 53
3. Экспериментальная установка и методика исследования влияния границ раздела сред в области нелинейного взаимодействия 66
3.1. Цели и задачи эксперимента 66
3.2. Методика проведения экспериметов 67
3.3. Экспериментальный стенд для исследований поля акустической параметрической антенны при наличии в области нелинейного взаимодействия слоя, пластины и системы слоев 75
4. Экспериментальные исследования полей акустической параметрической антенны при наличии плоскопараллельных структур в зоне взаимодействия 79
4.1. Экспериментальные исследования поперечных и осевых распределений поля волны разностной частоты для различных по составу и толщине плоскопараллельных слоев жидкого вещества 79
4.2. Экспериментальные исследования структуры поля акустической параметрической антенны при наличии жесткой плоскопараллельной пластины в зоне взаимодействия волн накачки . 84
4.3. Экспериментальные исследования распределения поля волны разностной частоты за металлической пластиной 89
4.4. Экспериментальные исследования распределения поля волны разностной частоты для многослойной структуры с различными сочетаниями акустических сопротивлений 92
4.5. Экспериментальные исследования влияния угла поворота тонкой латунной пластины, находящейся в области нелинейного взаимодействия акустической параметрической антенны 97
4.6. Натурный эксперимент 105
Заключение 119
Список использованной литературы 122
- Область нелинейного взаимодействия акустической параметрической антенны с двухслойной системой при незатухающих волнах полей накачки
- Структура поля волны разностной частоты за тонкой стальной пластиной
- Экспериментальный стенд для исследований поля акустической параметрической антенны при наличии в области нелинейного взаимодействия слоя, пластины и системы слоев
- Экспериментальные исследования структуры поля акустической параметрической антенны при наличии жесткой плоскопараллельной пластины в зоне взаимодействия волн накачки
Введение к работе
Акустические параметрические антенны и созданные на их основе параметрические гидроакустические приборы заняли подобающее место в приборах акустических, океанологических исследованиях, рыбопоиске, навигации, профилировании придонных слоев, морской археологии и др.
Несомненные преимущества параметрических антенн (широкополосность, постоянство характеристики направленности в широкой полосе рабочих частот, малый уровень боковых лепестков, бестелесность, малые габариты антенн накачки и др.) привлекают многих разработчиков различной аппаратуры (не только гидроакустической).
Варианты использования акустических параметрических антенн множатся, одновременно появляются новые задачи их исследования. В частности, до сих пор актуальна задача разработки моделей и методов для описания процесса формирования поля акустических параметрических антенн в слоистых и слоисто-неоднородных средах, а также возможность использования этих моделей и методов для оптимизации создаваемой на базе акустических параметрических антенн аппаратуры различного назначения. В частности, параметрические антенны приходится помещать в обтекатели. Кроме этого иногда из конструктивных соображений в область нелинейного взаимодействия приходится помещать слоистую структуру.
Целью данной диссертационной работы является исследование поля акустической параметрической антенны при наличии слоистых и слоисто-неоднородных сред и внедрение полученных результатов в разработки параметрических приборов.
Для реализации поставленной цели ставятся следующие задачи диссертационной работы:
1. Выполнить теоретический анализ искажений поля волны разностной частоты акустической параметрической антенны, в присутствии системы дискретных слоев в области нелинейного взаимодействия волн накачки.
2. Выполнить численное моделирование поперечных и продольных распределений амплитуды и фазы поля волны разностной частоты акустической параметрической антенны за плоскопараллельным препятствием (или системой препятствий), находящемся в области нелинейного взаимодействия волн накачки.
3. Разработать экспериментальную установку и методику проведения экспериментальных исследований для измерения распределения уровня звукового давления поля волн накачки и волны разностной частоты при наличии плоскопараллельных препятствий в области нелинейного взаимодействия волн накачки.
4. Провести экспериментальные исследования осевых, поперечных и угловых характеристик акустических параметрических антенн, при наличии плоскопараллельных структур в виде чередующихся жидких и жестких слоев.
5. Выработать технические рекомендации для разработки конструкций обтекателей антенн накачки гидроакустических параметрических станций.
Для решения этих задач применялись следующие методы решения и исследований.
Поставленная в работе цель автором достигается теоретическими и экспериментальными исследованиями в области разработки, апробации и использовании различных математических моделей описания нелинейных взаимодействий в поле акустических параметрических антенн, при различных условиях.
На основе разработанных математических моделей нелинейных акустических взаимодействий, алгоритмов, результатов численного решения полученных уравнений, анализа результатов численного и экспериментального моделирования получены обобщенные выводы и положения.
Результаты теоретических, расчетных и экспериментальных исследований и их сопоставления использованы для формирования основных рекомендаций по конструированию гидроакустических параметрических антенн, использующих явление нелинейного взаимодействия изучаемых волн и их эксплуатации в реальных условиях.
Научная новизна проведенных исследований заключается в рассмотрении как теоретически, так и экспериментально, с практическим внедрением, описания поля акустической параметрической антенны для случая слоистой структуры области нелинейного взаимодействия волн накачки, а именно:
• впервые решается задача определения направленности акустической параметрической антенны с системой плоскопараллельных слоев в области нелинейного взаимодействия с учетом и без учета затухания первичных полей накачки;
• построены математические модели анализа направленности акустических параметрических антенн при условии варьирования акустическими линейными и нелинейными параметрами сред слоистых систем, помещенных в область нелинейного взаимодействия;
• получены результаты экспериментальных исследований поля акустических параметрических антенн при наличии в области нелинейного взаимодействия жидких и твердых слоев, а так же их комбинаций;
• выработаны рекомендации по управлению пространственными характеристиками акустических параметрических антенн, при изменении различного рода слоев, в области нелинейного взаимодействия.
Научная и практическая значимость работы состоит в разработке математических моделей нелинейного взаимодействия, методов их решения и выработки рекомендаций в конструкторских разработках гидроакустической технике. Речь идет о решении важных прикладных инженерно-технических народнохозяйственных задач в области нелинейной гидроакустики, океанотехники и приборостроения с помощью приборов нелинейной гидроакустики.
Разработанные и предложенные математические модели и методы их решения позволяют получить новые решения задач описания и расчета полей акустической параметрических антенн и их характеристик направленности в зависимости от структуры области нелинейного взаимодействия в общем случае, от геометрических размеров и акустических параметров контактирующих слоев.
Результаты позволили для реальных акустических параметров и геометрических размеров слоев, расположенных в области нелинейного взаимодействия, установить основные закономерности и степень изменения основных характеристик акустической параметрической антенны.
Полученные аналитические, численные и модельные решения в технических задачах позволили разработать методы инженерного расчета и анализа изменения характеристик направленности акустических параметрических антенн, работающих в действующих устройствах, и добиваться новых оптимальных решений в технических конструкциях гидроакустических антенн и обтекателей с получением требуемых характеристик направленности.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения.
В первой обзорной главе на базе известной литературы [1,2,3] рассматривается модель описания свойств вторичного поля акустической параметрической антенны с дискретными плоскопараллельными слоями.
Из решения во втором приближении неоднородного волнового уравнения с правой частью, с учётом квадратичных (нелинейных) членов, получены выражения для поперечного и продольного апертурных множителей, описывающих поперечное, угловое в дальнем поле характеристику направленности и осевого распределения параметров поля параметрической антенны. Приведен анализ динамики изменения поля акустической параметрической антенны, содержащих систему слоисто-дискретных слоев в области нелинейного взаимодействия.
Во второй главе рассмотрена задача расчета поля акустической параметрической антенны за плоскопараллельным слоем любого материала, находящегося около преобразователя накачки в области нелинейного взаимодействия. Выполнены численные расчеты и анализ поперечного и продольного распределения амплитуды и фазы поля волны разностной частоты для трехслойной системы « вода- сталь - вода», как теоретической модели работы акустической параметрической антенны в обтекателе, или через борт судна и т.д. Сделаны подробные выводы по главе.
Третья глава посвящена описанию экспериментальной установки и методам исследования влияния границ раздела сред в области нелинейного взаимодействия на характеристики акустической параметрической антенны.
Рассмотрены методические аспекты учета влияния величины зазора между измерителем накачки и пластиной, соотношения акустических сопротивлений слоев, угла между осью излучения и пластиной, соотношений длин волн накачки и волны разностной частоты акустической параметрической антенны.
Приведены сведения по обработке результатов измерения.
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований осевых, поперечных и угловых характеристик акустических параметрических антенн при наличии плоскопараллельных структур (в виде чередующихся жидкостных и жестких слоев), находящихся в зоне нелинейного взаимодействия преобразователей накачки. Измерения проводились в гидроакустическом бассейне на высоких частотах, на реальных антеннах накачки в измерительном бассейне кафедры гидроакустики и в Таганрогском заливе. Результаты измерения показывают достаточно хорошее совпадение с результатами теоретического анализа. Выполненные экспериментальные и теоретические исследования показывают пути конструкторских решений для формирования требуемых направленных свойств акустических параметрических антенн при использовании обтекателей из различных материалов для преобразователей накачки.
В заключительной части диссертации приведены общие выводы и заключение, сведения о творческом вкладе автора в цитируемых 17-ти публикациях по теме диссертации, а так же список используемой литературы.
В приложениях находятся акты использования материалов диссертационной работе.
В диссертации защищаются следующие научные положения.
1. Метод описания вторичного поля параметрической антенны с учётом слоисто-дискретной области нелинейного взаимодействия.
2. Методика и результаты расчета звукопрозрачности обтекателя гидроакустической станции с параметрической антенной.
3. Рекомендации по созданию обтекателей гидроакустических станций с параметрической антенной.
4. Закономерности изменения пространственных характеристик параметрической антенны при наличии слоистой структуры в области нелинейного взаимодействия.
5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований макетов и промышленных образцов параметрических излучателей в исследуемых режимах.
Область нелинейного взаимодействия акустической параметрической антенны с двухслойной системой при незатухающих волнах полей накачки
На границе раздела условие сплошности контактирующих двух сред требует сохранения результирующей колебательной скорость V (или смещение частиц) в падающей, отраженной и прошедшей волны [29-33]. Кроме того, на границе раздела сред, как и в любом другом сечении сплошной среды, в силу равенства действия и противодействия должно выполняться равенство напряжений. Сформированное выше граничное условие требуют выполнения следующих соотношений: где Vj, Р, -колебательная скорость и звуковое давление в падающей волне, V\, Р\ - соответствуют отраженной и V2, Р 2 - прошедшей волнам. Функции Ф12, описывающие зависимости амплитуд исходных высокочастотных волн от продольной координаты Z , при наличии границы раздела сред представлены на рис. 1.2. Выражения для колебательных скоростей падающей, отраженной и прошедшей акустических волн имеют вид: прошедшей акустических волн. Для двухчастотного первичного поля накачки при нелинейном взаимодействии волновое число определяется для каждой і - той среды и каждой частоты со12 поля накачки как kt -(Dl2jCt. Выбор множителей в и Є проводится в соответствии с принятыми подходами [29-33]. частотных волн накачки без учета затухания при наличии границ раздела сред в области неоднородного взаимодействия акустической параметрической антенны (к], kj -волновые числа в I и II средах).
Связь между звуковым давлением, колебательной скоростью V и потенциалом колебательной скорости р для падающей, отраженной и прошедшей плоских волн на границе раздела двух определяется известными соотношениями: контактирующих сред, рп р2, С,, С2 - плотности и скорости ультразвуковых волн в первой и второй средах, соответственно. Соотношения амплитуд прошедшей и падающей волн с учетом выражений (1.13), (1.14) для двухчастотного поля волн накачки акустической параметрической антенны можно записать как: (1.15) Выражение для звукового давления во второй среде для каждой из волн накачки со, и со2 с учетом (1.15) записывается в виде: Функций Ф12 в рамках данной модели рассмотрения в случае наличия границы раздела сред в области неоднородного взаимодействия акустической параметрической антенны принимает вид: Выражение для продольного апертурного множителя (1.9) можно получить с помощью (1.17). В итоге продольным апертурным множителем для случая границы раздела сред в области неоднородного взаимодействия с учетом пространственных и физических параметров обеих сред записываем в форме: Дополнительный член описывает влияние границы раздела двух сред формируемую характеристику направленности акустической параметрической антенны. Полученное выражение (1.18) в предельном случае для одного слоя совпадает с известным уравнением [1] при условии Z, « z2. Это условие фактически означает равенство нулю коэффициента прохождения, что соответствует случаю акустического фильтра для исходных волн накачки. Множитель , учитывающий р0,С0 и нелинейные (є) параметры РоСо среды, в случае однородной среды области нелинейного взаимодействия является величиной постоянной. Множитель данного вида, в случае двух и более дискретных сред (слоев) и при изменении параметров сред вдоль продольной координаты z для каждой из сред является своим. В выражении (1.18) для продольного апертурного множителя D, коэффициентом, другой - представляет собой излучение точечного источника, определяющего величину поля в точке /„. Выражение для D, для точки наблюдения M(x,y,z), находящейся в постоянным, может быть представлено в виде: где волновые числа поля волны разностной частоты (ВРЧ) в каждой из сред есть Кj = 2л;IЛ,, К2 = 2л/Л2, Л,, Л2 - длины ВРЧ в каждой из сред. Выражение (1.19) может быть приведено к более удобной форме:
Как видно из выражения (1.20), характеристика направленности за счет второго слагаемого претерпевает в зависимости от соотношения упругих линейных, нелинейных свойств контактирующих сред и величины фазового пространственного набега ЛК = (2К2 -К,). Особые направления характеристик направленности согласно этому выражению будут определяться аргументами К J sin2 — и К21 sin —. При этом углы направлений характеристики направленности в полярных координатах будут При незатухающих высокочастотных волнах накачки для двухслойной системы в области нелинейного взаимодействия акустической параметрической антенны (рис. 1.3) с ограничением протяженности второй среды в рамках представляемого подхода выражения для функций Ф12 представляются как Выражение для продольного апертурного множителя в этом случае принимает вид: sin Изменения характеристики направленности акустической параметрической антенны, в случае слоистой системы, судя по выражению (1.24), приводит к наличию слагаемого, а не сомножителя, т.е. появляется не мультипликативная, а аддитивная составляющая. Как и в случае акустического фильтра, основные нулевые точки характеристики направленности определяются, первым слагаемым. Нулевые значения второго слагаемого определяются своими физическими параметрами и протяженностями контактирующих сред и в общем случае не совпадают со значениями первого. Результирующая характеристика направленности акустической параметрической антенны содержит произведение этих двух характеристик направленности с получением отличных от нуля значений поля волн разностной частоты при углах, соответствующих нулевым значениям поля в каждом отдельном случае. Отсюда, появляются осцилляции в угловых и поперечных распределениях поля волны разностной частоты, которые и должны наблюдаться экспериментально. При наличии полупрозрачной границы раздела сред или слоя в зоне нелинейного взаимодействия исходных волн накачки акустической параметрической антенны появление такого рода осцилляции является особенностью характеристики направленности акустической параметрической антенны.
Структура поля волны разностной частоты за тонкой стальной пластиной
Рассчитанная по выражению (2.7) пространственная структура поля звукового давления волны разностной частоты при расположении в области нелинейного взаимодействия акустическая параметрическая антенна тонкой стальной пластинки толщиной =0,07-10" м и величине зазора /7=0,3-10 м представлена для поперечных и осевых амплитудных распределений, соответственно, на рис. 2.3 и рис. 2.4. Как видно из рис. 2.3, в прилегающей за пластиной области имеют место изменения характера распределений с появлением не монотонности рядом с максимумами. Степень изменения распределения обусловлена различием акустических параметров слоев в области нелинейного взаимодействия. Далее в остальном пространстве распределение мало отличается от случая однородной среды, так как величина зазора между излучателем и меньше четверти длины волны разностной частоты. Z, см Рис. 2.4. Осевое распределение амплитуды звукового давления волны разностной частоты в пространстве за тонкой стальной пластиной (толщина пластины UN),07-10 м, величина зазора h=0,3-\0" м). Из рис. 2.4 следует, что осевое распределение амплитуды звукового давления волна разностной частоты для этого же случая на всех расстояниях от пластины практически совпадает с распределением для случая свободного пространства. Одновременный анализ результатов поперечных (рис. 2.3) и осевых (рис. 2.4) распределений показывает, что изменение структуры формируемого вторичного поля начинаются в пространстве, а не на оси первичного излучения даже при всех минимальных по сравнению с волновыми линейными размерами слоистой структуры. Присутствие пластины как плоской поверхности изменяет в пучке фазовую структуру поперечного распределения (его первичное фазовое распределение) при малых величинах зазора и толщинах, когда амплитуда первичного поля изменяется минимально. В результате появляются амплитудные изменения по вторичному полю.
Следует отметить, что в отличие от известных результатов [27, 37], существует определенная взаимосвязь в изменениях осевых и поперечных распределений вторичного поля. Существенные изменения обоих происходят, как видно, при достаточно протяженных линейных размерах до границы раздела и после нее. Изменения в структуре поля волны разностной частоты начинаются при малых волновых размерах сначала в поперечных распределениях амплитуды. Незначительное уменьшение толщины тонкой стальной пластины, например, до =0,0696-10" м (рис. 2.5), приводит к изменению структуры поля волны разностной частоты сразу за пластиной. Общая структура осевого распределения при этом сохраняется. Заметим, что поперечные распределениям на рис. 2.3 в сравнении с рис. 2.5 отличаются меньше этим изменениям, а их угловая направленность относительно оси несколько большая (на рис. 2.5 отмечены стрелками). Появляющиеся структурные изменения в пучке вторичного поля проявляются вначале на краях пучка (его поперечного распределения сразу за пластиной) и по мере увеличения толщины пластины по углу все больше приближаются к оси излучения. Особенно четко это заметно по различным углам ориентации изменений по поперечным распределениям из сравнения рис. 2.3 и рис. 2.5. Рассмотрим результаты численного анализа структуры поля звукового давлений волны разностной частоты по поперечным распределениям амплитуды и фазы. Поперечные распределения амплитуды и фазы вторичного поля при той же величине зазора /г=0,3-10" м для толщины амплитуды (а) и фазы (б) давлений волны разностной частоты в пространстве за тонкой стальной пластиной в области нелинейного взаимодействия акустической параметрической антенны 7 О (толщина d=0,071-Ю" м, величина зазора /г=0,3-10" м).
Экспериментальный стенд для исследований поля акустической параметрической антенны при наличии в области нелинейного взаимодействия слоя, пластины и системы слоев
Экспериментальный стенд исследования нелинейного взаимодействия акустических волн в жидких средах. Задачами экспериментальных исследований является определение пространственной структуры полей АПА и особенностей их формирования в случае присутствия в ОНВ слоя, системы слоев для сравнения с выводами теоретических модельных описаний. Акустическая часть представляет собой звукозаглушенный бассейн с размерами (2100x1000x500) мм , заполненный водой, в которой находятся излучающий преобразователь и приемный с системой юстировки по трем координатам, а также дополнительные приспособления и устройства, обеспечивающие необходимые условиях модельных экспериментов. Опишем работу схемы, изображенной на рис. 3.1. Высокочастотные сигналы двух разных частот с двух генераторов поступают на формирователь, который включает в себя линейный сумматор, импульсный генератор, а также импульсный модулятор и предназначен для формирования импульса биений двух частот необходимой формы и длительности. Широкополосный усилитель, кроме своего прямого назначения - усиления сигнала биений, обеспечивает согласование внутреннего сопротивления электроакустического преобразователя с выходным сопротивлением самого широкополосного усилителя. Контроль за величинами частот накачки осуществляется двумя частотомерами, подключенными к высочастотным генераторам. Параллельно выходу широкополосного усилителя подключается осциллограф, позволяющий отслеживать форму и величину выходного сигнала, подаваемого затем на электроакустический излучатель.
После прохождения, отражения, рассеяния и нелинейного взаимодействия в жидкой среде акустической части экспериментального стенда, принятый соответствующими гидрофонами сигнал, после предварительного усилителя, смонтированного непосредственно в корпусе гидрофона, поступает на полосовой фильтр. Полосовой фильтр обеспечивает выделение необходимой частотной составляющей исследуемого акустического первичного поля двухчастотной накачки, вторичного поля: сигналов разностной или суммарной частот, сигналов обеих гармоник двухчастотного излучения первичного поля, а также подавление сигналов других комбинационных частот, образующихся за счет собственных нелинейностей в трактах формирования, излучения и приема сигналов. Для выделения и отслеживания искомых импульсов исследуемого акустического поля измерительный стенд снабжен системой стробирования, включающей импульсный генератор, ждущий мультивибратор задержанных импульсов и электронный ключ. Импульсы ждущего мультивибратора управляют временем задержки схемы стробирования. С выхода электронного ключа сигналы поступают на регистрирующее устройство (самописец) и осциллограф. При этом осциллографы коммутируются с импульсным генератором для обеспечения синхронизации работы всего стенда относительно излучаемых импульсов. Экспериментальный стенд позволяет проводить лабораторные модельные исследования и акустические измерения при нелинейных взаимодействиях распространяющихся акустических волн в жидких средах в небольших бассейнах и обеспечивает достаточную достоверность проводимых работ при использовании разработанных методик проведения измерений. В качестве излучателя использовался круглый плоский поршневой пьезокерамический преобразователь с диаметром 40 мм, работающий на продольных колебаниях по толщине с собственной / = 990 кГц и А/=150 кГц. Характеристика направленности по уровню 0,7 имела ширину 20О7 =2,4 на частоте 1 МГц. Коэффициент преобразования излучателя составлял л=2 10 Па/В. Рабочее электрическое напряжение составляло от 50 до 150 В.
Электрическая мощность была равной Ж,лектр=200 Вт. Уровни звукового давления по каждой из волн накачки составляли Роі Ро2= ,5ЛО5 Па, а интенсивность исходных волн при этом равнялась 1а=0,73 Вт/см . В качестве звукоприемника использовался пьезокерамический цилиндрический элемент (h=l,5 мм, d=\ мм) с чувствительностью 7=5мкВ/Па на частоте 1 МГц. Полоса пропускания приемной системы находилась в диапазоне 10 кГц- -2,5 МГц. Рабочие частоты накачки составляли /7 = 2,1106 Гц и f2 = 2,0106 Гц с F.=100 кГц. Длительность импульса тц... «0,1 мс. Максимум осевого распределения находился на расстоянии L «12 см. Пространственная структура поля АПА амплитуды волны разностной частоты (АВРЧ) при выбранном излучателе экспериментально исследовалась по осевым и поперечным распределениям поля волн комбинационных частот (в частности, амплитуды ВРЧ). Каждая точка - это среднее значение для трех измерений. Оценивались среднеквадратичные отклонения S при коэффициенте Стьюдента /=3,182 и доверительной вероятности Р=0,95. Доверительный интервал АР = (1,47-5-1,5)104 Па.
Экспериментальные исследования структуры поля акустической параметрической антенны при наличии жесткой плоскопараллельной пластины в зоне взаимодействия волн накачки
Составляющим элементом конструкции обтекателя помимо промежуточной жидкостной среды является его корпус, выполненный из листового металла или жесткого листа и имеющий обтекающую форму. Исследования структуры поля акустической параметрической антенны за преградами в виде пластин с различными акустическими свойствами необходимы для сохранения постоянства характеристики направленности акустической параметрической антенны. Результаты экспериментальных исследований важны для использования в практике конструирования систем акустических обтекателей, в которых располагаются акустические антенны накачки гидроакустических параметрических систем. До настоящего времени не рассматривалось влияние акустических свойств пластин, их размеров и различная степень их звукоизоляции на характер распределения поля, волны разностной частоты, акустической параметрической антенны в пространстве за пластиной. d А Экспериментальная установка и условия эксперимента соответствовали в основном указанным в работе [18]. Волновые толщины различных по акустическим свойствам пластин выбирались в интервале 2» 1,0-:-20 (А12- длины волн поля накачки), так как менее тонкие соответствуют обычным условиям звукопрозрачности d/Au \, а в случае djAl 2 20 среды можно считать уже протяженными. Осевые распределения амплитуды волны разностной частоты при различном положении относительно излучателя стальной пластины /=3,4 мм (d/Al2 =1,06- 1,16) показаны на рис. 4.4. Характер осевого распределения волны разностной частоты при расположении стальной пластины практически вблизи излучателя отличается от своего вида в свободном пространстве, изображенном на рис. 4.4 и поясняется ниже. Максимум амплитуды волны разностной частоты сдвинут относительно прежнего положения в свободном пространстве, и имеет место неравномерность в поведении осевого распределения амплитуды волны разностной частоты. Наблюдается и второй максимум амплитуды волны разностной частоты на осевом распределении, расположенный далее по оси, обусловленный продолжением процесса нелинейного взаимодействия в среде распространения, т.е. волны накачки, продолжают эффективно взаимодействовать за пластиной. Такая пластина для волны разностной частоты является звукопрозрачной (d/Л =0,057). Другие расположения стальной пластины соответствуют ее положению уже за максимумом амплитуды волны разностной частоты в свободном пространстве. Осевые распределения указывают на отсутствие максимумов и имеют убывающий характер зависимости амплитуды волны разностной частоты от расстояния, что обусловлено снижением уровня прошедших первичных полей накачки и как следствие уменьшение уровня поля волны разностной частоты.
Осевые распределения амплитуды волны разностной частоты при различном положении относительно излучателя другой стальной пластины, толщиной d=6,0 мм ( /ДУі, =1,87-5-2,05; d/A=0,l) показано на рис.4.5. Для волны разностной частоты пластина этой толщины также может еще считаться звукопрозрачной. Смещение второй границы пластины соответствует тем же положениям в пространстве, что и для первой стальной пластины, за исключением первого измерения, для которого величина /заз=8,5 мм, а не 3 мм как ранее. Остальные величины 1заз такие же. Распределение звукового давления отличается от аналогичного на рис.4.4. Осцилляции практически нет, отсутствует и максимум, однако нет и особых провалов в характере осевого распределения амплитуды волны разностной частоты. Вследствие звукопрозрачности пластин изменения в характере осевого распределения обусловлены увеличением толщины стальной пластины и влиянием ее на процесс нелинейного взаимодействия. По оценкам коэффициент звукопрозрачности при этом уменьшается в 4 раза в соответствии с условиями (1.27) и эффективность нелинейного взаимодействия падает за счет формирования в пластине полей сдвиговых волн [40]. В целом распределения при этом аналогичны по характеру. На рис.4.6 изображены осевые распределения для тонкой латунной пластинки d=\,0 мм (d/Al2=\,3\; d/A=0,04) при ее расположении на различных расстояниях от излучателя. Для случая нахождения вблизи излучателя вид осевого распределения амплитуды волны разностной частоты максимум амплитуды волны разностной частоты сдвинут в сторону больших расстояний по сравнению со свободным пространством. Видна тенденция к образованию второго максимума в среде за пластиной. При положении латунной пластинки вблизи максимума волны разностной частоты осевое распределение имеет спадающий характер.
