Физический факультет
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
МЕНЮ

Выпуски журнала

К вычислению звуковых полей в моделях морской среды, включающих атмосферу, водную толщу и дно

К вычислению звуковых полей в моделях морской среды, включающих атмосферу, водную толщу и дно

К. В. Авилов$^{1,2}$, С. Н. Куличков$^2$, О. Е. Попов$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750101

В докладе представлено описание комплекса программных средств для вычисления широкополосных передаточных функций в моделях природных сред, включающих атмосферу, водную толщу и дно с учетом зависимости акустических свойств как от вертикальной, так и от горизонтальной координат волновым методом псевдодифференциального параболического уравнения в приближении однонаправленного распространения без учета наличия сдвиговых волн. Приведены примеры расчетов, как верифицирующие правильность функционирования комплекса, так и представляющие прикладной интерес.

Показать Аннотацию
PDF

Наблюдение устойчивых компонент звуковых полей в натурных измерениях в Ладожском озере

Наблюдение устойчивых компонент звуковых полей в натурных измерениях в Ладожском озере

П. В. Артельный, А. Л. Вировлянский, А. Ю. Казарова, П. И. Коротин, Л. Я. Любавин, А. В. Стуленков

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750102

Представлены результаты обработки данных измерений пространственно-временных структур звуковых полей в Ладожском озере с помощью протяженной приемной вертикальной решетки. Целью обработки было выделение компонент поля, которые устойчивы по отношению к неизбежной неточности математической модели среды. В терминах лучевого подхода устойчивая компонента формируется узким пучком лучей. С точки зрения модового представления поля она образована небольшой группой мод. В обсуждаемом эксперименте анализировались звуковые поля, возбужденные точечным источником, излучавшим широкополосные импульсы, а также поля волновых пучков, возбужденных на фиксированных частотах с помощью излучающей вертикальной решетки. Сравнение результатов обработки данных с численным расчетом полей показывает, что, как и ожидалось, устойчивые компоненты могут быть предсказаны точнее, чем полное звуковое поле.

Показать Аннотацию
PDF

Особенности звуков раков-щелкунов в Черном море

Особенности звуков раков-щелкунов в Черном море

Н. Г. Бибиков

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750103

В октябре-ноябре 2015-2016 годов при регистрации гидроакустических биошумов на мелководье восточного побережья Черного моря с помощью широкополосной аппаратуры (верхняя частотна граница - несколько сотен килогерц) были выявлены весьма интенсивные импульсные звуки, генерируемые раками-щелкунами. При размещении гидрофона в 30-40см над донной поверхностью на глубинах от 5 до 10 м сигнал содержал фоновый шум, создаваемый этими объектами, расположенными на расстояниях более метра. Наряду с этим обнаруживались и сравнительно редкие (обычно несколько раз в минуту), но весьма интенсивные (до нескольких сотен паскалей) щелчки. Они излучались одиночными объектами, локализованными в близости от гидрофона. Такие условия позволили осуществить временной анализ одиночных сигналов раков щелкунов в естественных условиях их обитания. Показано, что они состоят из следующих участков: короткий всплеск – предшественник, генерируемый струей жидкости, вылетающей при схлопывании клешни, мощный импульс, возникающий при схлопывании кавитационного пузырька, многочисленные отражения этого сигнала от близлежащих элементов донной поверхности (галька, раковины мидий). Время нарастания основного импульса может составлять 7-10 мкс при общей длительности сигнала, варьирующей вследствие специфики отражений, от 0.1 до 0.4мс. Наряду с исходным импульсом можно обнаружить также и задержанные эхосигналы от локальных искусственных подводных объектов и от поверхности. Обсуждаются возможные практические приложения полученных данных.

Показать Аннотацию
PDF

Перспективы использования 3D-печати для изготовления компактных гидроакустических преобразователей продольно-изгибного типа со сложной геометрией излучающей оболочки

Перспективы использования 3D-печати для изготовления компактных гидроакустических преобразователей продольно-изгибного типа со сложной геометрией излучающей оболочки

А. К. Бритенков$^{1,2}$, Б. Н. Боголюбов$^1$, С. А. Смирнов$^1$, В. А. Перфилов$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750104

Низкочастотные гидроакустические излучатели применяются от дальней звукоподводной связи и телеуправления до сейсмоакустической разведки. Разработка компактных преобразователей высокой удельной мощности с достаточно широкой полосой излучаемых частот по-прежнему остаётся актуальной задачей. Изготовление корпуса излучателя является одной из самых трудоёмких и сложных технологических процедур в процессе создания и настройки. С другой стороны, оптимизация излучатели продольно-изгибного типа с пьезоэлектрическим активным элементом приводит к такой геометрии деталей корпуса, которая уже нереализуема с помощью традиционной металлообработки. Применение SLM-технологии послойного лазерного сплавления из металлических порошков путем лазерной 3D-печати корпуса предложенного излучателя со сложной волнообразной излучающей оболочкой позволяет исключить проблему герметизации, устойчивости к гидростатическому давлению, уменьшить разброс параметров и повысить надёжность гидроакустического преобразователя.

Показать Аннотацию
PDF

О рассеянии высокочастотного звука в верхнем слое океана

О рассеянии высокочастотного звука в верхнем слое океана

В. А. Буланов, А. В. Стороженко

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750105

Представлены результаты исследований рассеяния звука в верхнем слое для различных районов океана и выявлены основные отличия рассеяния звука в верхнем слое арктических морей и в экваториальных и средних широтах океана. Проанализированы особенности распределения звукорассеивающих слоев на шельфе Японского моря в различные сезоны года. Одновременные исследования рассеяния звука и сетные обловы планктона in situ позволили выявить взаимосвязи между рассеянием высокочастотного звука и распределением зоопланктона.

Показать Аннотацию
PDF

Распространение импульсных псевдослучайных сигналов из шельфа в глубокое море в зимних гидрологических условиях Японского моря

Распространение импульсных псевдослучайных сигналов из шельфа в глубокое море в зимних гидрологических условиях Японского моря

А. В. Буренин, Ю. Н. Моргунов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750106

В статье обсуждаются результаты эксперимента, проведенного в Японском море в марте 2016 года на акустической трассе протяженностью 194 км при зимних гидрологических условиях. Исследован наиболее сложный случай распространения импульсных псевдослучайных сигналов из шельфа в глубокое море при наличии на акустической трассе вихревого образования. Анализ экспериментально полученных импульсных характеристик показал, что фиксируемый во всех точках максимальный первый приход акустической энергии хорошо согласуется с расчетом. Это свидетельствует о том, что на данном горизонте приема первыми приходят импульсы, прошедшие в приповерхностном звуковом канале по кратчайшему расстоянию и под малыми, близкими к нулю, углами.

Показать Аннотацию
PDF

Совместное восстановление параметров водного слоя и дна мелкого моря методами модовой томографии

Совместное восстановление параметров водного слоя и дна мелкого моря методами модовой томографии

А. И. Веденев$^1$, В. В. Гончаров$^1$, П. Ю. Муханов$^2$, С. Н. Сергеев$^2$, А. С. Шуруп$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750107

В работе рассматривается двумерная модель модовой томографии мелкого моря для совместного восстановления характеристик водного слоя и дна, использующая в качестве исходных данных времена распространения сигналов мод разных номеров в различных частотных диапазонах. Для инверсии исходных данных используется линейное приближение, а уточнение получаемых оценок волновода происходит итерационно. Приводятся результаты численного моделирования по предложенной схеме совместного восстановления профиля скорости звука в водном слое, течений, а также параметров дна.

Показать Аннотацию
PDF

Исследование однонаправленности приема, оценки дальности и глубины источника с использованием скалярных и векторно-скалярных антенн

Исследование однонаправленности приема, оценки дальности и глубины источника с использованием скалярных и векторно-скалярных антенн

Г. М. Глебова$^1$, Г. Н. Кузнецов$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750108

Анализируются пространственные спектры на выходе линейной скалярной или векторно-скалярной антенны (СА или ВСА) при обработке сигналов методами, имеющими различную разрешающую способность, согласованными или несогласованными с передаточной функцией волновода. Эксперименты проводились в мелководном бассейне при стационарном расположении антенны и излучателя и в режиме буксировки антенны с движущимся источником шума. ВСА, в отличие от СА, подавляет сигналы, приходящие по «зеркальному» лепестку и обладает однонаправленностью пеленгования, а при использовании согласованной обработки в пассивном режиме однозначно определяет расстояние и глубину источника.

Показать Аннотацию
PDF

Распространение низкочастотных импульсных сигналов в океане

Распространение низкочастотных импульсных сигналов в океане

В. Н. Голубев, И. П. Смирнов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750109

Приводятся результаты экспериментальных исследований по распространению низкочастотных импульсных сигналов в глубоководных и мелководных районах Мирового океана. Основное внимание уделено особенностям распространения низкочастотного сигнала в условиях волновода открытого ко дну, в котором принятый сигнал представляет собой последовательность отражений от дна и поверхности океана. В приближении геометрической акустики произведён расчёт пространственно-временной структуры импульсных сигналов и интенсивности отражений различной кратности, формирующих эту структуру. При выбранной модели среды получено удовлетворительное совпадение эксперимента с расчётом, обосновывающее применимость геометрической акустики в инфразвуковом диапазоне частот Ключевые слова: импульсный сигнал, пространственно-временная структура, интенсивность, приближение геометрической акустики.

Показать Аннотацию
PDF

Акустические поля в слоистой газонасыщенной среде

Акустические поля в слоистой газонасыщенной среде

Б. И. Гончаренко, В. А. Гусев

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750110

Исследованы особенности распространения акустических волн и ограниченных пучков в слоисто-неоднородной среде, содержащей газовые пузырьки. Такая система моделирует, в частности, акустические процессы в пресноводных водоемах с донным грунтом, содержащем газонасыщенные осадочные породы. Показано, что скорость звука в газонасыщенном грунте определяется количеством содержащегося в нем газа. При увеличении газа примерно до 1% от общего объема грунта скорость звука падает до 100 м/с, т.е. в 15 раз по сравнению со скоростью звука в воде. Рассчитаны коэффициенты отражения и прохождения акустической волны от слоистой газонасыщенной среды и их зависимости от частоты и угла падения волны. Проведено сравнение с результатами экспериментальных исследований. Показано, что частотная зависимость модуля коэффициента отражения звука, полученная на одной из акваторий Клязьминского водохранилища, имеет осциллирующий характер, причем частота осцилляций зависит от толщины газонасыщенного слоя и не зависит от угла падения. Показана возможность восстановления параметров структуры слоистого грунта по этой частотной зависимости. Исследованы нелинейные акустические эффекты, связанные с сильной структурной нелинейностью жидкости с пузырьками. Рассмотрены различные случаи расположения излучателя по отношению к границе донного грунта и выведены эволюционные уравнения для случаев горизонтального и наклонного распространения интенсивной волны. Рассчитаны волновые профили и поперечная форма пучков.

Показать Аннотацию
PDF