ivdon3@bk.ru
Статья посвящена анализу пространственной структуры акустических полей давления и колебательной скорости в гидроакустических волноводах морского шельфа. Рассматриваются волноводы с двумя типами профиля скорости звука: постоянным и имеющим подводный звуковой канал. Дно предполагается в виде переходного слоя с градиентом скорости звука и полупространства. Акустические характеристики слоя принимаются соответствующими илу или песку. Анализируется интерференционная структура поля давления и поля вертикальной компоненты колебательной скорости. Анализируются пространственные законы убывания полей давления и колебательной скорости. Показывается, что интерференционная структура и законы убывания поля давления и вертикальной компоненты колебательной скорости не совпадают.
Ключевые слова: нормальные волны, колебательная скорость, морское дно, интерференционная структура, некогерентное сложение
Векторными полями в акустике океана называют поля колебательной скорости и плотности потока мощности. Методами векторного анализа проводится теоретический анализ и классификация особых точек в гидроакустическом волноводе. Моделирование поля потока мощности осуществляется как произведение полей давления и компонент поля вектора колебательной скорости. Поля давления и колебательной скорости вычисляются методом нормальных волн. Осуществляется моделирование поля потока мощности в гидроакустических волноводах с различными профилями скорости звука и различными акустическими свойствами дна. Выявляются некоторые закономерности расположения особых точек.
Ключевые слова: гидроакустический волновод, поле давления, поле колебательной скорости, поле потока мощности, сингулярные точки
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.7 - Акустика
Статья посвящена анализу вертикальной структуры акустического поля давления и колебательной скорости первой моды в гидроакустическом волноводе мелкого моря. Рассматривается волновод, состоящий из водного слоя с постоянным профилем скорости звука, дна в виде переходного слоя и полупространства. Акустические характеристики переходного слоя принимаются зависящими от частоты звука. Выводятся формулы, описывающие вертикальный профиль нормальной волны колебательной скорости. Анализируется трансформация вертикального профиля первой моды с увеличением частоты. Анализируются разностно-фазовые соотношения между нормальной волной акустического давления и колебательной скорости. Устанавливается связь между изменением вертикальной структуры нормальной волны давления и колебательной скорости и акустическими характеристиками переходного слоя.
Ключевые слова: нормальные волны, колебательная скорость, морское дно, коэффициент затухания
В статье рассматривается распространение продолжительного импульсного сигнала в гидроакустическом волноводе. Приводится решение для реплики импульсного сигнала во втором приближении теории дисперсии. Моделируется распространение одномодового и многомодового импульса в волноводе Пекериса с дном в виде поглощающего пролупространства. Акустические характеристики полупространства соответствуют чистому песку со средним размером гранул. Результат решения во втором приближении теории дисперсии сравнивается с результатом симуляции реплики импульса, полученной в виде свертки входного сигнала с импульсной характеристикой волновода. Показываются и анализируются недостатки решения во втором приближении теории дисперсии. Показывается, что теории дисперсии неверно воспроизводит переходные процессы при включении и выключении сигнала в случаях, когда частота сигнала лежит вблизи критической частоты первой или второй моды. Показывается, что теория дисперсии верно воспроизводит огибающую многомодового импульсного сигналаоснованный на вычислении акустического поля в широком диапазоне частот с последующим обратным преобразованием Фурье. Импульсная характеристика рассматривается как инструмент для решения задач инверсии акустических характеристик морского дна и моделирования распространения сигналов в волноводах. Восстанавливается импульсная характеристика первой моды волновода Пекериса с дном в виде промежуточного слоя и полупространства, выявляются ее волновые атрибуты: грунтовая волна, водная волна, волна Эйри. Восстанавливается многомодовая импульсная характеристика.
Ключевые слова: импульсный сигнал, нормальные волны, групповая скорость, теория дисперсии, внутримодовая дисперсия, межмодовая дисперсия
Гидроакустический волновод рассматривается как линейная система с распределенными по трассе параметрами. Предлагается метод моделирования импульсных характеристик волновода, основанный на вычислении акустического поля в широком диапазоне частот с последующим обратным преобразованием Фурье. Импульсная характеристика рассматривается как инструмент для решения задач инверсии акустических характеристик морского дна и моделирования распространения сигналов в волноводах. Восстанавливается импульсная характеристика первой моды волновода Пекериса с дном в виде промежуточного слоя и полупространства, выявляются ее волновые атрибуты: грунтовая волна, водная волна, волна Эйри. Восстанавливается многомодовая импульсная характеристика.
Ключевые слова: нормальные волны, морское дно, коэффициент затухания, групповая скорость, импульсная характеристика, внутримодовая дисперсия, межмодовая дисперсия
01.04.06 - Акустика , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Статья посвящена исследованию адекватности модели волновода с дном в виде полупространства в широкополосных расчетах звуковых полей. Рассматриваются две модели дна: жидкое и пористое, и две глубины водного слоя – единицы метров и десятки метров. В случае жидкого дна скорость звука и величина затухания в дне считаются не зависящими от частоты. В случае пористого дна частотная зависимость скорости звука и величины потерь извлекается из экспериментальных данных, опубликованных в открытой печати. Вычисляются частотные зависимости групповых скоростей мод и модальных коэффициентов затухания. Моделируются импульсные характеристики условно мелководного и глубоководного волноводов. Показывается, что в случае волновода с глубиной водного слоя единицы метров модель дна без дисперсии адекватна, в случае глубины воды десятки метров – неадекватна.
Ключевые слова: нормальные волны, морское дно, коэффициент затухания, групповая скорость, импульсная характеристика, внутримодовая дисперсия, межмодовая дисперсия
01.04.06 - Акустика , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Для модели морского акустического волновода с твердым ступенчатым дном и меняющимся с глубиной профилем скорости звука строится аналитическое представление потенциала скорости точечного источника звука. Неоднородность дна в форме цилиндрического выступа моделируется на основе метода частичных областей. Для построения потенциала скорости звука в каждой частичной области используется представление поля в виде суммы нормальных мод. Сшивка решений на границе частичных областей приводит к бесконечной системе линейных уравнений относительно коэффициентов при нормальных модах. В работе получены формулы, описывающие энергетические характеристики распространения каждой из нормальных мод по трассе волновода. Приводятся примеры численного моделирования. Дается анализ коэффициентов возбуждения нормальных мод для параметров волновода, характерных для черноморского региона.
Ключевые слова: волновод, нормальные моды, неоднородность дна, коэффициент возбуждения, частичные области, бесконечная система линейных уравнений, асимптотика