Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Промышленное освое-Мирового океана неразрывно связано с применением акус-I, так как акустические волны являются практически единст-іьім видом излучения, способным распространяться в воде рачительные расстояния. В практике исследования акусти-:их характеристик океанской среды используют традицион-їва метода: контактный и дистанционный, причем лучшей ложностью исследования больших участков Мирового океа-за относительно короткое время является использование ганционных методов исследования, некоторые из которых ;матриваются в настоящей работе.
Дистанционные акустически методы исследовний основі в большинстве случаев на использовании традиционных тических приборов, либо разрабатываемых специально для х исследований, либо приспособлении для этой цели штат-гидроакустической аппаратуры кораблей (эхолотов, гидро-іторов, лагов и т.п.). В последнее время началось развитие юакустической исследовательской аппаратуры с примене-л методов нелинейной акустики. Использование нелинейно-заимодействия волн позволило создать исследовательские шексы с уникальными характеристиками, которые невозмо-было получить используя традиционные "линейные" модели роения аппаратуры.
С самого начала исследований в области нелинейного содействия волн перед исследователями стала задача о інии неоднородностей водной среды на характеристики вза-зействия волн. Эта задача решалась в отдельных случаях различного типа неоднородностей, как в водной среде, так и ердом теле и в газах, однако исследованы далеко не все >! неоднородностей, направленность исследований не вела азработку принципов построения аппаратуры исследования на, хотя по результатам исследований и разработаны при-
боры диагностики сред. Исследования проводимые в настоящ* работе в некоторых случаях обобщают полученные ранее р зультаты, но в основном направлены на практическую реали; цию аппаратуры исследований.
В настоящей работе ставится задача исследования взг модействия волн в среде с неоднородностями в виде поток жидкости относительно поверхности преобразователей накач и в виде медленно меняющегося распределения скорости зву вдоль оси распространения взаимодействующих волн. Эти у следования направлены на создание аппаратуры, предназн ченной для исследования акустических характеристик океана \ этой точки зрения рассеяние волн накачки и генерируемых результате нелинейного взаимодействия волн будем счита взаимодействием акустических волн с параметрами среды, результатам которого и определяются акустические характері-тики океана. Второй порядок малости эффектов нелинейно взаимодействия и малая эффективность рассеяния волн на w лых и плавных неоднородностях говорят о необходимости уче влияния неоднородностей на параметры зондирующего сигнаг а особенности построения исследовательских комплексов применением методов нелинейной акустики требуют ново решения аппаратных частей комплексов.
Целью работы являются теоретические и зкслеримє тальные исследования нелинейных эффектов, возникающих п распространении и взаимодействии акустических волн в сред с изменяющимися параметрами и с неоднородностями в ви, гидродинамических потоков, разработка принципов построен аппаратуры для дистанционного исследования акустическ характеристик океана и создание комплексов с параметриче кими антеннами для проведения этих исследований.
Методы исследования. Поставленная в работе цель г тором достигается теоретическими и экспериментальными \ следованиями. Основные выводы и положения обоснованы г
збными теоретическими расчетами и их сравнением в част-і случаях с известными результатами. Построенные физиче-е и математические модели имеют приближения с соответствиями оценками и наглядную физическую интерпретацию. :периментальные исследования проводились в различных ювиях и при их проведении достаточное внимание уделялось іверке достоверности исследований путем сравнения резуль-ов исследований с теоретическими предположениями и ре-ьтатами полученными другими методами. В основу принци-i построения аппаратуры легли результаты теоретических и периментальных исследования. Принципы построения про->ены путем создания макетов, исследованием их характерис-, проведением измерений характеристик океана с помощью іработанньїх приборов и сравнением их с характеристиками, іученньїми традиционными методами исследований.
Научная новизна работы состоит:
в теоретическом обосновании явлений взаимодействия їй в неоднородных средах и взаимодействия волн с различии физическими полями в воде;
в создании расчетной модели взаимодействия волн с зическими полями в параметрической приемкой антенне и с )днсродностями в виде плавно неоднородного гидродинами-жого потока и в виде медленных изменений параметров сра-
, расположенных в зоне взаимодействия излучающей пара-грической антенны;
в экспериментальном установлении ряда новых, неиз-;тных ранее, закономерностей взаимодействия волн с средах еоднородностями в виде в виде плавно неоднородного гид-динамического потока и в виде медленных изменения пара-гров среды;
в разработке новых принципов построения комплексов с заметрическими антеннами для измерения акустических ха-стеристик океана;
в разработке комплексов с использованием излучающі и приемных параметрических антенн для дистанционного и ко тактного исследования акустических характеристик океана исследовании их параметров;
в экспериментальных исследованиях акустических хар ктеристик океана разработанными комплексами.
Научная и практическая значимость работы состоит существенном расширении представлений о физических явл ниях, наблюдающихся при нелинейных взаимодействиях волн неоднородных средах и при взаимодействии акустических во/ с другими физическими полями; в использовании наблюдаемь явлений для создания комплексов с излучающими и приемньм параметрическими антеннами для исследования акустическі характеристик океана; в разработке методов расчета характ ристик параметрических антенн в средах с неоднородностями; измерениях акустических характеристик океана разработаннь^ комплексами.
На защиту выносятся следующие теоретически исслед ванные и практически установленные научные результаты.
-
Метод расчета характеристик взаимодействия акусті ческих волн с физическими полями в приемной параметриче кой антенне на основе метода плавных возмущений с введені ем комплексной фазы сигнала накачки.
-
Решение задачи взаимодействия акустических волн средах с гидродинамическим потоком.
-
Результаты теоретического исследования взаимодей твия акустических волн в средах с неоднородностями в вщ гидродинамических потоков, медленно меняющихся физическі параметров среды (скорости звука, температуры, солености) физических полей с различными фазовыми скоростями, такі как акустические стоячие волны, низкочастотные акустичесю-волны, "медленные" волны типа внутренних волн.
-
Решение задачи взаимодействия сферических акусти-их волн в приемной параметрической антенне и модель гмной параметрической антенны локационного типа.
-
Методика использования излучающих параметрических жн для дистанционного зондирования гидрофизических эв в океане, уравнение локации объемных рассеивателей аметрическими антеннами и результаты расчетов характе-гик лоцирования.
-
Результаты экспериментальных исследований взаимо-ствия волн в среде с меняющейся по трассе распростране-скоростью звука и в среде с компактным гидродинамическим эком, расположенным в зоне взаимодействия волн.
-
Результаты экспериментальных исследований характе-тик параметрических антенн, предназначенных для исследо-ия акустических характеристик неоднородностей океана и ультаты экспериментальных исследований характеристик днородностей в виде следов движения и гидрофизических ев в океане параметрическими антеннами.
-
Принципы построения комплексов с излучающими па-іетрическими антеннами для дистанционного измерения ха-теристик гидрофизических слоев и принципы построения СИМЫ для исследования придонных слоев в океане с приемной «метрической антенной локационного типа.
-
Рекомендации по проектированию отдельных узлов тем.
10. Результаты практической реализации комплексов дис-
щиоиного исследования неоднородностей в океане с параме-
ічєскими антеннами.
Апробация работы..Основные результаты работы были здставлены: на четвертой научно-технической конференции информационной акустике, Москва, 1978 г.; на II Всесоюзном езде океанологов, Севастополь, 1982 г.; на XI Всесоюзной /стической конференции, Москва, 1991 г.; на МНТК "XX Гага-
ринские чтения", Москва, МГАТУ.1994 г.; на международной к нференции "Oceans engineering for today's technology ai tomorrow's preservation" , OCEANS-94, Brest, France, 1994,; і Всероссийской НТК "Медицинские информационные системь ТРТУ, Таганрог, 1995 г.; на МНТК "XXI Гагаринские чтени$ Москва, МГАТУ.1995 г.; на Международной конференці "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружаї щей среды" (International Conference POOS-95) , Томск, 1995 на Международной конференции "FORUM ACUSTICUM 199( Antwerpen, Belgium, 1996,; на Третьей Всероссийской Н" "Теория цепей и сигналов", Таганрог, 1995 г.; на Второй научи технической конференции "Современное состояние, проблек навигации и океанографии", Санкт-Петербург, 1995 г.; на Тр тьей международной научно-технической конференці "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Нов сибирск, 1996 г.; на XXXI - XLIV научно-технических конфере циях профессорско-преподавательского состава, аспирантов сотрудников ТРТУ, Таганрог, 1985 -1998 г.г.
Публикации . По результатам исследований опубликов но 43 научные работы, в том числе глава в монографии, изда ной в США, 37 статей и тезисов докладов, 4 изобретения. Крон того автор принимал участие в выполнении ряда научн исследовательских работ по теме диссертации, по которым ВИНИТИ зарегистрировано 16 научно-технических отчетов.
Личный вклад автора. Частично работы выполнены і паритетной основе с Кузнецовым В.П., Тарасовым СП., Кирич нко И.А. и др. В основном же, все исследования, представле ные в работе, выполнены автором самостоятельно.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой лиі ратуры. Общий объем диссертации составляет 243 страниць
цержит 78 рисунков, список литературы включает 217 наиме-ваний.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке ссийского Фонда Фундаментальных Исследований по грантам 02-14878 и 96-02-16312.
