Статья

Название статьи ТРЁХМЕРНАЯ НЕОДНОРОДНАЯ МОДЕЛЬ В МОРСКОМ КЛИНЕ
Автор В.И. Короченцев, Л.В. Губко, М.В. Мироненко, И.В. Гарасев
Рубрика РАЗДЕЛ II. ГИДРОАКУСТИКА
Месяц, год 10, 2016
Индекс УДК 534.222
DOI 10.18522/2311-3103-2016-10-6579
Аннотация Расчет акустических антенных решёток методом анализа и синтеза в однородных безграничных средах применяется в различных инженерных приложениях и достаточно прост. Для антенн, расположенных в однородных ограниченных объемах алгоритмы расчета значительно сложнее и требуют большего времени вычисления. Если в ограниченном пространстве, типа клина, морская среда неоднородна, то расчет известными (существующими) математическими методами становится очень проблематичным. Предложен математический алгоритм, позволяющий разделить переменные при смешанных граничных условиях. Полученные расчетные формулы основаны на функциях Грина, имеющих угловую зависимость. Эта угловая зависимость позволила выделить участки на границах, имеющих однородную структуру. Возможности алгоритма продемонстрированы на примере анализа поля антенны, расположенной внутри морского клина, имеющего смешанные граничные условия. Время расчета поля внутри морского клина на компьютере средней мощности составило приблизительно 1 минуту. Результаты теоретических расчетов сравнены с реальными морскими экспериментами, которые показали удовлетворительное совпадение. Разработана аналитическая математическая модель, позволяющая рассчитывать акустические поля в неоднородной трехмерной среде. Получены расчетные модели в криволинейной системе координат, которые представляют геодезические линии. Формула, описывающая кривые в ортогональной системе координат, получена в приближении лучевой акустики на основании принципа Ферма. Проведены численные эксперименты, показавшие применимость выведенной трехмерной математической модели для практических расчетов. Результаты расчета для двумерной модели с точностью до 1÷2% совпадают с известными стандартными моделями расчета. Подробно рассчитаны варианты распространения инфразвуковых волн, звуковых и ультразвуковых диапазонов. Показано, что время расчета одного варианта практически не зависит от диапазона частот, но определяется количеством слоев, а также размерностью самой математической модели. Рассмотрена возможность учета затухания акустических волн в морской среде. Рассмотренные приближенные методы расчета позволяют проводить инженерные расчеты антенн, расположенных в мелком море.

Скачать в PDF

Ключевые слова Неоднородные среды; математическая модель расчета; гидроакустические поля; лучевая акустика; принцип Ферма; геодезические координаты; цифровые методы; затухание волн; направленная функция Грина; морской клин; математический алгоритм; антенная решетка; анализ и синтез; гидроакустическая система; акустическая антенна.
Библиографический список 1. Шендеров Е.Л. Волновые задачи гидроакустики. – Л.: Судостроение, 1972. – 348 с.
2. Короченцев В.И. Волновые задачи теории направленных и фокусирующих антенн.
– Владивосток, 1998. – 198 c.
3. Короченцев В.И. Расчет гидроакустических антенн в клине с импедансными стенками методами синтеза и анализа // Современное состояние и перспективы развития теории и прикладных вопросов гидроакустики (к 300 летию Российского флота). – Владивосток, 1996.
4. Бреховских Л.М. Волны в слоистых среда[. – М.: Из-во АН СССР, 1957. – 502 с.
5. Малашенко А.Е., Карачун Л.Э., Перунов В.В., Чудаков А.И. Исследование пространственно-временных характеристик гидроакустических сигналов и помех с использованием объемных звукопрозрачных антенн // Подводные исследования и робототехника. – 2013. – № 1 (15).
6. Мироненко М.В., Малашенко А.Е., Василенко А.М., Карачун Л.Э., Леоненков Р.В. Нелинейная просветная гидроакустика и средства морского приборостроении в создании Дальневосточной радиогидроакустической системы освещения атмосферы, океана и земной коры, мониторинга их полей различной физической природы: монография.
– Владивосток, 2014. – 404 с.
7. Субботин А.Г. Синтез гидроакустических антенн в однородных волноводах: дисс. … канд. ф-м. наук. – Владивосток 1995. – 156 с.
8. Бреховских Л.М., Годин О.А. Акустика слоистых сред. – М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1989. – 416 c.
9. Василенко А.М., Мироненко М.В., Пятакович В.А., Шостак С.В., Алексеев О.А. Система мониторинга полей источников атмосферы, океана и земной коры на основе технологий нелинейной просветной гидроакустики. – М.: Изд-во «ТОВВМУ им. С.О. Макарова», 2015. – 320 с.
10. Воскресенский Д.И., Канащенков А.И. Активные фазированные антенные решетки. – М.: Радиотехника, 2004. – 488 с.
11. Григорьев Л.Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. – М.: Радиотехника, 2010. – 144 с.
12. Малашенко А.Е., Василенко А.М., Мироненко М.В., Леоненков Р.В. Дальний параметрический прием и передача информационных волн в просветных гидроакустических системах контроля морских акваторий // Датчики и системы. – 2013. – № 11. – С. 56-61.
13. Короченцев В.И., Губко Л.В., Ким А.В. Трехмерная неоднородная модель морской среды // Морские интеллектуальные технологии. – 2016. – № 3. – C. 280-285.
14. Короченцев В.И., Малашенко А.Е., Мироненко М.В., Потапенко А.А. Анализ и синтез акустических антенн в морском клине // Морские интеллектуальные технологии. – 2016. – № 3. – C. 274-280.
15. Короченцев В.И., Волков П.А. Получение узких диаграмм направленности с помощью жидкостных линзовых антенн // Научное обозрение. – 2014. – № 8-2. – С. 593-598.
16. Моргунов Ю.Н., Буренин А.В., Аксенов В.П., Волков П.А., Короченцев В.И., Горовой С.В. и др. Дистанционные методы, технические средства и алгоритмы в прикладных задачах исследования природных сред // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2015. – № 2. – С. 409-410.
17. Короченцев В.И., Абдрашитов А.Г., Белаш А.П., Волков П.А. Анализ и синтез линзовых антенн для рыбопоисковых локаторов // Вестник Камчатского государственного технического университета. – 2013. – № 23. – С. 5-9.
18. Стародубцев П.А., Халаев Н.Л., Димидов В.Е. Некоторые концептуальные положения процесса мониторинга океанской среды. – Владивосток: Издательский дом ДВФУ, 2012. – 222 с.
19. Мироненко М.В. Обнаружение акустически слабозаметных морских объектов просветными гидроакустическими системами методом фазового приема и обработки // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2016. – № 4 (177). – С. 123-133.
20. Есипов И.Б., Сизов И.И., Тарасов С.П. Параметрическая антенна как новый инструмент для гидрофизических исследований на черноморском полигоне // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 9 (146). – С. 114-120.
21. Гаврилов А.М., Ситников Р.О. К вопросу о влиянии фазовых соотношений в спектре накачки на характеристики параметрических антенн // Известия ТРТУ. – 2006. – № 9-1 (64). – С. 120-125.

Comments are closed.