Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Проявление акустических нелинейных свойств морской среды носит самый разнообразный характер. Это и появление комбинационных частот, модуляция волн, самодетектирование, явление просветления и т.д. Проблема генерации гармоник, взаимодействия акустических волн являющиеся одной из основных в нелинейной акустике непосредственно связаны с параметром акустической нелинейности рабочей среды.
Параметр акустической нелинейности є является интегральной физической характеристикой морской среды, он зависит от температуры, солености, гидростатического давления, растворенных газов, фазовых включений (пузырьки газа, различные твердые частицы, зоо- и фитопланктон) и позволяет судить о термодинамическом состоянии морской среды. Для проведения акустических исследований в океане в последнее время стали применять параметрические акустические излучатели и приемники, которые весьма перспективны благодаря уникальному сочетанию таких свойств", как широкополосность и узкая характеристика направленности излучения, (приема) в широком диапазоне частот. Однако существенная особенность параметрических антенн - это зависимость их параметров от состояния среды, в которой они работают. Это обстоятельство связано с тем, что формирование волны разностной или суммарной частоты происходит в среде, как правило, неоднородной вдоль направления распространения излучения. Наиболее сильно изменяются акустические характеристики морской воды в слое океана, содержащем газовые пузырьки. Известно, что пузырьки в воде, совершающие при больших амплитудах звукового поля вынужденные колебания, могут существенным образом изменить такие акустические характеристики, как параметр акустической нелинейности, коэффициент поглощения и дисперсию скорости звука в среде. При определенных концентрациях пузырьков и ориентации оси излучения в приповерхностном слое, эффективность параметрического взаимодействия может резко увеличиться. Наличие пространственной зависимости акустических характеристик среды значительно усложняет решение нелинейной задачи о генерации волны разностной* частоты при взаимодействии первичных волн накачки в микронеоднородной среде.
Морская среда обладающая высокой акустической нелинейностью является микронеоднородной жидкостью. Нелинейные свойства таких сред связаны с их структурой и неоднородпостямн, для обнаружения которых наиболее перспективны методы нелинейной акустической диагностики, основанные на определение параметра акустической нелинейности.
Изменчивость, слабая изученность параметра акустической нелинейности морской среды, отсутствие соответствующей океанологической тех-
ники затрудняют решение вопросов связанных с районированием, прогнозированием, построением моделей поля акустической нелинейности в океане. Поэтому экспериментальное исследование пространственной структуры и временной изменчивости поля акустической нелинейности, как одной из физических характеристик среды, в области различных пространственно-временных масштабов является одной из актуальных задач гидрофизики. Отрывочность лабораторных исследований и отсутствие достаточно полной информации о поведении параметра акустической нелинейности морской воды на разных глубинах и в различных районах Мирового океана обусловили необходимость разработать метод исследования параметра акустической нелинейности и создать аппаратуру, реализующую этот метод.
Целью работы является разработка и обоснование метода исследования параметра акустической нелинейности на высоких частотах в море и его практическая реализация для проведения натурных измерений пространственно-временного распределения параметра акустической нелинейности в море.
Диссертационная работа имеет экспериментальный характер. В ней описывается разработанный метод, его реализация , излагаются и анализируются результаты натурных исследований параметра акустической нелинейности в море.
Научная новизна полученных в работе результатов заключаются в следующих положениях:
впервые разработан и обоснован метод исследования параметра акустической нелинейности в морской среде, обеспечивающий выполнение исследований в море до глубины 1000 м;
впервые получены систематические данные о величине параметра акустической нелинейности и о характеристиках его флуктуации в море, а также его связи с температурой, скоростью звука, газовыми пузырьками;
впервые установлена связь флуктуации параметра акустической нелинейности с характеристиками внутренних волн;
показано, что поле акустической нелинейности в определенных пространственных масштабах, зависящих от типа водных масс, является устойчивым и отражает некоторое квазистационарное состояние морской среды.
. Научная и практическая значимость работы состоит в значительном расширении представлений о распределении параметра акустической нелинейности в морской среде и его взаимосвязи с другими гидрофизическими характеристиками морской среды. По единой методике получен значительный объем данных о величине параметра акустической нелинейности и его флуктуациях в различных районах Мирового океана па различных глубинах при различных гидрологических условиях. Результаты измерений показали связь параметра акустической нелинейности с внутренними волнами (ВВ). Зарегистрированы солитонообразные возмущения акустической нелинейности, вызванные прохождением цуга ВВ, что позволяет рассматривать новый тип нелинейного акустического детектора ВВ и гидродинамических возмущений. Полученные данные о величине параметра акустической нелинейности и о характеристиках его флуктуации в море. Закономерности связи параметра акустической нелинейности с гидрофизическими факторами могут быть использованы как при разработке обычных линейных, так и параметрических акустических излучателей и учитываться в гидролокации и гидронавигации. Результаты, полученные при изучении неолнородностей параметра акустической нелинейности в море могут служить основой для создания акустического метода диагностики неоднородной морской среды.
По материалам диссертации опубликовано 22 работы, из них в центральной печати и сборниках материалов конференций опубликовано 18 работ. Результаты исследований докладывались: на Всесоюзной конференции "Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроля" ( г. Хабаровск, 1984, 1987 ); на Всесоюзной школе "Технические средства и методы изучения океанов и морей" ( г. Геленджик, 1985, 1987, 1989); на Всесоюзном совещании "Глубоководные системы и комплексы" ( г. Черкассы, 1986 ); на Всесоюзном симпозиуме "Применение ультразвука в промышленности и медицине" (г. Вильнюс, 1987 ); на 5 Дальневосточной акустической конференции (г. Владивосток, 1989"); на 2 Всесоюзном совещании "Физические основы построения устройств обработки информации на молекулярном уровне" ( г. Москва, 1990); на Дальневосточной акустической конференции ( г. Владивосток, ТОВВМУ, 1994 ) , а также на семинарах отделения акустики Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН. Кроме того, результаты представлялись на другие конференции международного и Российского уровня.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы ( 137 наименований ), при этом включает титульный лист и оглавление 3 стр., 119 стр. печатного текста, 63 рисунка ( 51 стр. иллюстраций).
