Способ параметрического излучения акустических колебаний

)5 В 06 В ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ЕЛЬСТВУ КОМ К А(57) Изобретение относи ке, а именно к способам излучения звука, и може но при создании систем дирования толщи и дн заключается в возбужде точенными силами в тв новоде в форме пла колебаний. Ва счет изм буждения при обеспеч приведенного значения а го давления в дальней зо тематическому выраже управление диаграмммо параметрического излуч нологический инотделения симов и В.Г.П иков С.А. Параметоверхностных волстика. Таганрог,вязаноачки и ятвия ди я на- тсутвведени риодиче ности тра нсфо стные, ив резульмации. ерхния хноости форЦелью изобретения явля ние способа и обеспечение воз равления диаграммой направл Способ реализуется с пом тельного волновода (фиг.1), вы форме пластины толщиной Ь котором сосредоточенным ист буждают колебания, бигарм времени. Материал и толщина Ь раются из условия возбуждся упро сти можн енно ощью полне и дли очни ониче сти.твердонноо вной , в ом возские во пластиныения в пла ин ОСУДАРСТВЕННЪЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР(71) Тихоокеанский окетитут ДальневосточногоАН СССР(56) Дюдин Б,В.,Цирульрический излучатель нанах, Прикладная аку1983,с,102-107,4)СПОСОБ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ИЗЛУЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Изобретение относится к гидроакустие, а именно к способам параметрического злучения, и может быть использовано при оздании технических систем для акустиеского зондирования толщины и дна окена,Наиболее близким по технической сущости и достигаемому эффекту к изобретеию является способ параметрического злучения, реализованный в параметриеском излучателе на поверхностных волЭтот способ включает формирование двух высокочастотных полей накачки с частотами в 1 и м 2 посредством возбуждения в твердотельном волноводе двух поверхностных рэлеевских волн с фазовыми скоростями, превышающими скорость звука в среде,Недостатками этого способа являются; невозможность осуществления управлением диаграммой направленности, что тся к гидроакустипараметрического т быть использоваакустического зона океана, Способ нии двумя сосредоердотельном волстины изгибных енения частот возении соответствиямплитуды звуковоне указанному манию реализуется й направленности ателя. 2 ил,с постоянством угла излучени вляется прямым следствием о сперсии у рэлеевских волн; ность реализации, состояща дополнительного элемента - ски неровного участка на пов волновода для о,беспече рмации объемных волн в повер снижение при этом эффективн ате потери энергии при трансизгибных волн в заданном диапазоне частот с фазовыми скоростями Срь, превышающими скорость звука в жидкости Со. А длина 1 и ширина пластины Я должны быть много больше длин возбуждаемых изгибных волн,В пластине при воздействии на нее сосредоточенным источником возбуждаются вол н ы, описы ваем ые,уравнениями Тимошенко - Миндлина,При этом благодаря дисперсии изгибных волн и дисперсии их фаэовой скорости не могут выполняться условия фазового (пространственного и временного) синхрон изма.в 1- вг = ввр 4, К 1- К 2 = Квр 4, (") При выполнении этих условий пролсходит эффективная перекачка энергии из волн, накачки в волну разностной частоты.Задача о нахождении звукового поля разностной частоты решается методом последовательных приближений. Волны первого и риближения - волны накачки предполагаются при этом слабозатухающими и не учитываются дифракционные эффекты, В дальней зоне (Кгй 1) звуковое поле давления волн разностной частоты имеет следующее выражение,33(ч)= 3Ч 1(чЧг ч ЗЗП ЧбЧо с 3+33 (сОЯчсОБч 1) -гк з 3 п ч 83 п ч(3) При этом выражение (3) определяет диаграмму направленности параметрического излучателя, Под интегралом стоит произведение трех острых функций: ч 1(ч),ч 2(ч) - диаграммы направленности накачки и 1/чС., Острота последнего сомножителя связана с возникновением фазового синхрониэма между волнами накачки и волной разностной частоты, распространяющихся в направлении излучения ч, Очевидно, что такое резонансное поведение имеет место при условии, когда на длине затухания укладывается много длин волн аК 12 и в наиболее типичном для реальных ситуаций случае не очень острых диаграмм направленности волн накачки и слабоо затухания аК, результат выглядит е 1132 Ко 1 Ког Ч (,) Ч ( ) 3 ф 32333 Сз,Р( 4) лен ности, в качестве твердотельного волновода используют пластину, в которол Е Я Е 1 Е 2 К 01 К 02 ехрПКЙ в .Я 33 2(2 л)з р,я 4 5 10 15 20 25 30 35 4 О 45 На фиг.2 приведены численные расчеты диаграммы направленности параметрического излучателя конкретного материала пластины - стали, Вь 3 числялась величина (Я ЙК 01 Ко 2 Ь /2 РоСо )Ч 1 Ч 2 1, иллюстРиРУю 2 3щая угловое распределение волны разностной частоты в зависимости от частот накачки.Вычисления проводились при частоте в 1=1,5 и частоте в 3, иэменЯюЩейсЯ от во До41,9 В, (Вс = - , (1 - Со /С 1 ) (1 - С / Сг ) -2 12 Со 2 2 2 2г 2пороговая частота, отвечающая возникновению направленного излучения иэ пластины в среду). При вгв 1 (графики 1,2) направление максимума излучения слабо завислт от частоты, а при вгв 1 (графики 3,4) угол излучения заметно увеличивается. Такое поведение объясняется тем, что поскольку с ростом в значение и "острота" функции Ч( в, ч) увеличиваются, направление излучения и его уровень определяется тем из сомножителей Ч; в, ч), который отвечает большей частоте в, Поскольку при изменении в 2 (вгв 1) частота в 1 оставалась фиксиоованной, изменений в диаграмме направленности не возникало, Когда же частота вг стала больше в 1, поведение длаграммы направленности стало определяться величиной Ч( вг, ч).Т.о, полученный результат подтверждает воэможность управления диаграммой направленности параметрического излучателя путем изменения частот накачки, Расчеты подтверждают также наличие узкой диаграммы направленности параметрического лзлучения, так для рассматриваемого случая стальнои пластины она может состав 2,оАмплитуда волны разностной частоты пропорциональна произведению амплитуд взаимодействующих волн, Основным фактором, ограничивающим предельно допустимый уровень излучения волны разностной частоты ( а значит и КЗПД) параметрической антенны, является кавитационный порог,Формула изобретения Способ параметрического излучения акустических колебаний, включающий формирование двух взаимодействующих высокочастотных полей накачки посредством возбуждения в твердотельном волноводе упругих волн, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью его упрощения и обеспечения возможности управления диаграммой направ1768319 и)1,2 - частоты возбуждения;г,2 - амплитуды возбуждающих сосредоточенных сил;Й= 2)1 -с)2 - разностная частота;5 К 01,2 = со 1,2/Сс 1 - волновые числа в среде;С - скорость звука в среде;,Оо - плотность среды;е - нелинейный параметр среды,Ь - толщина волновода;10 С 1 =-ЕЬ/(п(1- о 2 - скорость квазипродольной волны в пластине, находящейсяв вакууме-2 -1 Е/(2 п(1+ 4 х)1 - модифицированная скорость сдвиговой волны;15 Е - модуль Юнга;и - коэффициент Пуассона;т - масса пластины, приходящаяся наединицу площади;20т =л /12 - поправочный коэффициент,возбуждают изгибные волны и изменяютпараметры возбуждения в соответствии свыражением Е Й1Р 2К 01К 02 и 1 Щ 1/2(О)Р (г 01,Ш 2,0)4 лСо Ро 1 -ь Р- - 2)сез 9 ш 111 С 1 Св 12 Са С 2 С 1(1и Г2 1+ -- (ь 1 0- - ,) -- 1 --- кщ 8 -- ) ьа Р -- )1) 12 Со С 2 С 1 РС 12 С 1 С 1 С 1 2, где Р(с)1, 2)2, Я - амплитуда звукового давления в дальней зоне, поиведенная к расстоянию 1 м от 1 источника для волновода в форме пластины;О- угол между нормалью к поверхности волновода и направлением излучения; о.юг Ы УР Ы РР Щп Составитель Л. КазаковРедактор В. Бер Техред М.Уоргентэл Корректор П. Гереш аказ 3606 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагаоина, 1