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

Выпуск 5, 2017

Акустика океана

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

Некоторые результаты исследования временнόй изменчивости характеристик гидроакустических шумов в заливе Петра Великого Японского моря

Некоторые результаты исследования временнόй изменчивости характеристик гидроакустических шумов в заливе Петра Великого Японского моря

С. В. Горовой

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750111

Описаны результаты исследования временнόй изменчивости параметров моделей авторегрессии (АР) и авторегрессии — скользящего среднего (АРСС) фрагментов записей гидроакустического шума, зарегистрированного с помощью одиночного ненаправленного гидрофона в заливе Петра Великого Японского моря вблизи акватории порта Владивосток, для которых оценки одномерной и двумерной плотности распределения мгновенных значений не противоречат гауссовскому закону. Приведены графики и результаты сравнения зависимостей от времени оценок параметров моделей АР(5) и АРСС(3,2) для гидроакустического шума и модельного белого шума в полосе частот 200—1000 Гц. Выборочные дисперсии оценок параметров АР(5) и АРСС(3,2) моделей гидроакустического шума превышают дисперсии оценок этих параметров модельного белого шума на два порядка и более. В отличие от модельного белого шума, через нерегулярные промежутки времени порядка 30 с наблюдаются области «локальной квазистационарности» гидроакустического шума длительностью порядка 3—5 с, в которых выборочные дисперсии параметров АР модели уменьшаются на порядок и более. Полученные результаты можно считать типичными для данной акватории при отсутствии на удалениях до 2-х миль движущихся или стоящих на якоре судов и использовать для построения территориально и временно–адаптированных алгоритмов обнаружения сигналов.

Показать Аннотацию
PDF

Затухание звука в мелком море с дном в виде газонасыщенного осадочного слоя, лежащего на вечной мерзлоте

Затухание звука в мелком море с дном в виде газонасыщенного осадочного слоя, лежащего на вечной мерзлоте

В. А. Григорьев$^1$, В. Г. Петников$^2$, А. В. Шатравин$^3$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750112

В рамках численного моделирования проанализированы возможности модового описания звукового поля в мелком море с дном арктического типа: газонасыщенный осадочный жидкий слой, лежащий на упругом полупространстве (вечной мерзлоте). Установлено, что наилучшее описание поля в водном слое на коротких расстояниях от источника звука (порядка 1÷10 глубин волновода) достигается при использовании дискретного спектра нормальных мод и квазимод, вычисленного с помощью разрезов Пекериса. Расчеты потерь при распространении в волноводе для толщины осадочного слоя сравнимом или большим, чем длина звуковой волны в осадках, показали, что морское дно ведет себя как однородное жидкое полупространство. Если толщина осадочного слоя менее четверти длины волны, то слоем можно пренебречь. Потери резко возрастают при приближении скорости звука в осадках к скорости звука в воде. Предложена методика оценки скорости звука в осадочном слое, основанная на анализе затухания звуковых полей высших мод.

Показать Аннотацию
PDF

Исследование особенностей спектрально-корреляционных характеристик низкочастотных шумов мелкого моря для целей пассивной томографии

Исследование особенностей спектрально-корреляционных характеристик низкочастотных шумов мелкого моря для целей пассивной томографии

А. В. Гринюк$^1$, В. Н. Кравченко$^1$, П. Ю. Муханов$^2$, И. Р. Сабиров$^2$, С. Н. Сергеев$^2$, А. С. Шуруп$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750113

В работе рассматриваются результаты корреляционной обработки низкочастотных шумов, зарегистрированных в Баренцевом море разнесенными в пространстве донными гидрофонами. Сопоставление экспериментальных данных с результатами численного моделирования показывает, что на формирование спектрально-корреляционных характеристик низкочастотных шумов заметное влияние может оказывать межмодовая интерференция, а не только наличие точки стационарной фазы вблизи минимума дисперсионных зависимостей групповых скоростей мод, как это предполагалось ранее. Демонстрируется, что выделение частотной области, где шумовое поле сформировано только низшей модой, позволяет увеличить выходное отношение сигнал/помеха при корреляционной обработке, что может быть использовано при построении схем пассивной томографии.

Показать Аннотацию
PDF

О локальном эффекте взаимодействия мод низкочастотного звукового поля в случайно-неоднородном двумерном мелком море

О локальном эффекте взаимодействия мод низкочастотного звукового поля в случайно-неоднородном двумерном мелком море

О. Э. Гулин, И. О. Ярощук

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750114

Рассмотрена статистическая задача о распространении низкочастотного звука в волноводе мелкого моря с двумерными случайными неоднородностями. Исследуется закон спадания средней интенсивности поля с расстоянием в условиях флуктуирующего термоклина и при наличии поглощающего жидкого дна. В рамках метода поперечных сечений показано, что взаимодействие мод с расстоянием при не слишком сильных флуктуациях волновых чисел мод носит локальный характер, поэтому его учет является лишь некоторой добавкой к адиабатическому решению для интенсивности, в целом не меняющей средний закон потерь при распространении. Проведено сопоставление с результатами диффузионного приближения.

Показать Аннотацию
PDF

О влиянии ветрового волнения на коэффициент усиления горизонтальной антенной решетки в мелком море

О влиянии ветрового волнения на коэффициент усиления горизонтальной антенной решетки в мелком море

Н. А. Завольский, А. И. Малеханов, М. А. Раевский, А. В. Смирнов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750115

Анализируется влияние ветрового волнения на коэффициент усиления протяженной горизонтальной антенной решетки в мелком море при использовании различных, в том числе, оптимальных методов пространственной обработки сигнала. Численное моделирование выполнено для гидрологических условий, характерных для Баренцева моря в зимний период, и модели Пирсона-Московица для спектра ветровых волн. Демонстрируется возможность значительного влияния развитого волнения на усиление АР в зависимости от ее волновых размеров, дистанции распространения сигнала и скорости ветра.

Показать Аннотацию
PDF

Сильные горизонтальные неоднородности шумовых полей в океане

Сильные горизонтальные неоднородности шумовых полей в океане

Б. И. Клячин

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750116

Горизонтальные неоднородности океанической среды приводят к горизонтальным неоднородностям шумового поля. Рассмотрены неоднородности, вызванные холодными вихрями и океаническими разломами. При этом источники шума на поверхности океана считаются горизонтально однородными. Тем самым, рассматриваются эффекты, связанные с особенностями распространения шума в сложной океанической среде. Для расчета шумовых полей последовательно используется теория переноса излучения. Считается, что шум преобладает в водных лучах и почти отсутствует в отраженных от дна донных лучах

Показать Аннотацию
PDF

Методы виброзащиты векторных приемников

Методы виброзащиты векторных приемников

В. И. Коренбаум

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750117

Проблема виброзащиты векторных приемников вытекает из повышенной вибрационной чувствительности этого класса гидроакустических датчиков. Для виброзащиты векторных приемников потенциально пригодны: виброизоляция, виброкомпенсация, интенсиметрическое виброподавление. В зависимости от значений собственной частоты подвеса, конструктивных особенностей векторных приемников инерционного и силового типов рассмотрены возможности и ограничения этих методов. Разработаны оригинальные технические решения.

Показать Аннотацию
PDF

Протокол динамической маршрутизации для сети автономных донных гидроакустических станций

Протокол динамической маршрутизации для сети автономных донных гидроакустических станций

О. Ю. Кочетов$^1$, В. Г. Петников$^2$, А. В. Шатравин$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750118

Рассмотрены особенности применения протоколов динамической маршрутизации для построения самоорганизующейся сети автономных донных гидроакустических станций с использованием звукоподводной связи. Дан обзор известных протоколов динамической маршрутизации для мобильных радиосетей, показаны преимущества и недостатки проактивного и реактивного подходов. Описаны модификации реактивного протокола динамической маршрутизации AODV, учитывающие особенности использования звукоподводной связи. Этот протокол рекомендован для звукоподводной связи на Арктическом шельфе.

Показать Аннотацию
PDF

Методы повышения помехоустойчивости обнаружения и пеленгования с использованием векторно-скалярного модуля

Методы повышения помехоустойчивости обнаружения и пеленгования с использованием векторно-скалярного модуля

Г. Н. Кузнецов$^1$, А. Ф. Курчанов$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750119

Выполняется пеленгование широкополосных источников скалярной антенной (СА) и векторно-скалярными модулями (ВСМ) с использованием обработки по потоку мощности и по новому методу, основанному на применении псевдовекторов, построенных по проекциям векторов колебательной скорости (ВКС). Исследуется метод подавления помех от локального источника с использованием векторных полей.

Показать Аннотацию
PDF

Применение спектрограммы к локализации шумового источника в мелком море

Применение спектрограммы к локализации шумового источника в мелком море

Г. Н. Кузнецов$^1$, В. М. Кузькин$^1$, С. А. Переселков$^{1,2}$, И. В. Казначеев$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750120

Обсуждены условия, накладываемые на спектр шумового движущегося источника звука, когда возможно использование спектрограммы для задачи локализации. Изложен алгоритм локализации и оценена его помехоустойчивость. Приведены результаты численного и натурного экспериментов.

Показать Аннотацию
PDF

Моделирование выигрыша антенной решетки в океаническом волноводе в условиях приема многомодового сигнала на фоне модовых помех

Моделирование выигрыша антенной решетки в океаническом волноводе в условиях приема многомодового сигнала на фоне модовых помех

М. С. Лабутина$^1$, А. И. Малеханов$^{1,2}$, А. В. Смирнов$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750121

Рассматривается задача пространственной фильтрации многомодового сигнала, представляющего собой суперпозицию конечного числа регулярных мод со случайными амплитудами и принимаемого антенной решеткой (АР) на фоне помех, содержащих интенсивную компоненту модового спектра. В качестве характеристики эффективности метода фильтрации определен коэффициент усиления (выигрыш) АР. Численное моделирование выполнено для случая вертикальной АР, расположенной в океаническом волноводе, в предположении взаимно-некоррелированных модовых амплитуд полезного сигнала и помех. Проведено сравнение оптимального метода пространственной фильтрации с эвристическим методом согласованной фильтрации отдельных мод. Показано, что величина коэффициента усиления АР варьирует в широких пределах в зависимости как от взаимного соотношения спектров интенсивности сигнальных и помеховых мод, так и разрешающей способности АР в модовом пространстве.

Показать Аннотацию
PDF

Распространение звука в мелководном арктическом волноводе с ледовым покровом

Распространение звука в мелководном арктическом волноводе с ледовым покровом

А. А. Луньков$^{1,2}$, В. Г. Петников$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750122

Разработана модель звукового канала, типичного для мелководных морей Арктического бассейна, которая может учитывать как наличие неровного ледового покрова, так и слой газонасыщенных осадков. Звуковое поле представляется в виде суммы взаимодействующих мод в рамках метода поперечных сечений. В суммировании участвуют как распространяющиеся, так и «вытекающие» моды, т.е. модель работает и для расчёта звукового поля на близких расстояниях (порядка глубины волновода), и в случае малых скоростей звука в дне (меньше скорости звука в воде). С использованием построенной модели проведены численные эксперименты по распространению звука в мелководной акватории, покрытой льдом. Реализации ледового покрова взяты из общедоступной базы (http://nsidc.org/data/G01360), в которой собран большой архив данных эхолоцирования нижней кромки льда в Северном Ледовитом океане. Результаты моделирования показали, что наличие ледового покрова может приводить к увеличению потерь при распространении, которое необходимо учитывать при проектировании гидроакустических систем, работающих в Арктическом бассейне.

Показать Аннотацию
PDF

Экспериментальные оценки статистических характеристик высокочастотного обратного донного рассеяния

Экспериментальные оценки статистических характеристик высокочастотного обратного донного рассеяния

К. П. Львов, А. А. Фомин

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750123

Экспериментальные данные были получены с использованием аппаратуры доплеровского лага установленного на катере, галсы – северная акватория Ладожского озера на глубинах более 100 м. Усиление на стробе синхронного приема 4 - х каналов было постоянно, отношение с/ш >> 1. Получены коэффициенты вариации, пространственно временной корреляции. Оценки сравниваются для условий движения с небольшой скоростью и стопа катера. Анализируется связь оценок с верхним слоем дна, имеющим место в некоторых морях.

Показать Аннотацию
PDF

Моделирование акустических полей с помощью теории случайных матриц

Моделирование акустических полей с помощью теории случайных матриц

Д. В. Макаров

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750124

Рассматривается метод моделирования акустических полей в случайно-неоднородном подводном звуковом канале, основанный на построении пропагатора в базисе нормальных мод волновода. Взаимодействие мод моделируется с помощью случайных матриц с некоррелированными матричными элементами, дисперсии которых определяются спектром неоднородности. Проведено сравнение спектральной статистики получаемого таким образом пропагатора с соответствующими данными, полученными путем прямого решения параболического уравнения. Показано, что пропагатор, построенный с помощью случайных матриц, способен корректно воспроизводить процесс декогеренции акустического поля по мере удаления от источника звука.

Показать Аннотацию
PDF

О точности измерения углов прихода звуковых импульсов с помощью вертикальной антенны

О точности измерения углов прихода звуковых импульсов с помощью вертикальной антенны

Д. В. Макаров, Л. Е. Коньков

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750125

Рассматривается алгоритм расчета угловой структуры акустических импульсов в подводном звуковом канале. В основе алгоритма лежит преобразование Хусими, позволяющее приближенно установить связь между волновым полем и соответствующими лучевыми приходами. Важным преимуществом алгоритма является возможность его реализации с помощью вертикальной антенны, перекрывающей малую часть толщи океана. Вводятся понятия фундаментальной и алгоритмической погрешностей измерения углового спектра. Первая соответствует фундаментальным ограничениям, устанавливаемым соотношением неопределенностей. Вторая связана со способностью антенны обеспечивать точное вычисление функции Хусими. Приводится оценка минимально возможной фундаментальной погрешности для антенны длиной 300 метров.

Показать Аннотацию
PDF

Цифровая твердотельная буксируемая сейсмокоса малого диаметра для морской инженерной сейсморазведки

Цифровая твердотельная буксируемая сейсмокоса малого диаметра для морской инженерной сейсморазведки

Г. А. Максимов, Д. М. Денисов, В. А. Ларичев, Д. Н. Лесонен, А. Г. Григорьев, З. А. Корольков

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750126

В докладе приводятся сведения о цифровой твердотельной буксируемой сейсмокосе малого диаметра для морской инженерной сейсморазведки, разработанной в АО «Акустический институт им. Н.Н. Андреева». Разработанное оборудование прошло проверку в реальном коммерческом проекте на шельфе Карского моря, зарекомендовало себя как удобное средство во время эксплуатации и позволило получить геофизические данные кондиционного качества.

Показать Аннотацию
PDF

Обнаружение подводных утечек газа с помощью обращенных во времени акустических сигналов

Обнаружение подводных утечек газа с помощью обращенных во времени акустических сигналов

Ю. А. Половинка, А. О. Максимов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750127

В докладе описан метод обнаружения подводных утечек газа, основанный на использовании фокусирующих свойств обращающих волновой фронт акустических антенн. При возникновении утечки рождаются газовые пузырьки, излучающие звук на частотах, непосредственно связанных с их геометрическими размерами. Два фактора – локальный характер генерации акустических сигналов, обусловленных утечкой, и резонансная природа излучения пузырьков при их рождении – позволяют использовать для локации обращенные во времени эмиссионные сигналы с целью получения мощного сигнала рассеяния. Описание распространения эмиссионных и обращенных во времени сигналов выполнено c помощью функции Грина для волновода Пекериса. Настоящее исследование расширяет круг приложений, использующих механизм фокусировки обращенных сигналов, и включает в него регистрацию утечек в специфических условиях – окрестности добывающих платформ на морском шельфе.

Показать Аннотацию
PDF

Локализация источника в случайно–неоднородном океаническом волноводе с неизвестными параметрами с использованием адаптивного обобщенного алгоритма MUSIC

Локализация источника в случайно–неоднородном океаническом волноводе с неизвестными параметрами с использованием адаптивного обобщенного алгоритма MUSIC

А. Г. Сазонтов, И. П. Смирнов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750128

Построен робастный алгоритм MUSIC, позволяющий локализовать акустический источник в условиях неполной информации о случайном канале распространения. В предположении, что основным механизмом, вызывающим рассеяние звука, является развитое ветровое волнение, представлены результаты статистического моделирования и экспериментальной апробации предложенного метода, характеризующие его работоспособность в реальной мелководной акватории.

Показать Аннотацию
PDF

Наблюдение различных механизмов рассеяния низкочастотного звука на поверхностном волнении: традиционная брэгговская и новая феноменологическая модели рассеяния

Наблюдение различных механизмов рассеяния низкочастотного звука на поверхностном волнении: традиционная брэгговская и новая феноменологическая модели рассеяния

М. Б. Салин, Г. А. Байдаков, О. А. Потапов, Б. М. Салин, А. В. Стуленков, Д. Д. Разумов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750129

В серии экспериментов исследовались узкополосные спектры обратного рассеяния звука. Выделены два вида спектров рассеяния. В первом случае наблюдаются боковые лепестки на определенном расстоянии от несущей частоты, вызванные брэгговским рассеянием на поверхностных волнах. Во втором случае наблюдается плавное уширение спектра вокруг несущей частоты. В этом случае спектр реверберации интерпретируется с помощью феноменологической модели рассеяния звука на приповерхностных неоднородностях, совершающих под воздействием ветровых волн круговое движение со скоростями значительно меньшими фазовых скоростей поверхностных волн.

Показать Аннотацию
PDF

Акустическая диагностика гидрофизической изменчивости на абхазском шельфе Черного моря

Акустическая диагностика гидрофизической изменчивости на абхазском шельфе Черного моря

А. Н. Серебряный$^{1,3}$, Г. В. Кенигсбергер$^2$, В. П. Елистратов$^2$, К. Д. Сабинин$^3$, О. Е. Попов$^4$, А. Н. Свадковский$^3$, Л. Л. Тарасов$^3$, Д. М. Денисов$^3$, Е. Е. Химченко$^1$, В. Н. Чекайда$^3$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750130

Представлены результаты российско-абхазского научного сотрудничества, проводимого при поддержке РФФИ с 2013 г., по исследованию изменчивости морской среды на абхазском шельфе Черного моря акустическими и контактными методами. Основной целью исследований было изучения динамики прибрежных вод шельфа с крутым склоном в условиях весенне-летней стратификации. Проводились измерения на стационарной трассе в прибрежной зоне методом акустической автогенерации (метод Фурдуева), но основной объем данных был получен с помощью акустического доплеровского профилометра течений ADCP «Rio Grande 600 kHz», закрепленным на эстакаде. Также делались пространственные съемки в различных участках шельфа ADCP, установленном на малом моторном судне. Получены представительные данные о направлении течений в прибрежных водах, их изменчивости по вертикали и во времени, а также о вертикальной структуре скорости звука и температуры. Также собран материал о временной и пространственной (по вертикали) изменчивости сигнала обратного акустического рассеяния, дающего информацию о загрязненности вод. Особенное внимание было уделено исследованию внутренних волн, которые помимо измерений акустическим профилометром регистрировались также заякоренными вертикальными гирляндами термисторов. Зарегистрированы короткопериодные (от единиц до десятков минут) и длиннопериодные колебания термоклина с периодом близким к инерционному. Выявлены особенности внутренних волн, близко подходящих к берегу. Специальные исследования по мониторингу системы прибрежных течений проводились в районах впадения в море рек Гумиста и Кодор.

Показать Аннотацию
PDF

Оптимизация алгоритмов решения обратной задачи при реконструкции геоакустических параметров слоев дна морского шельфа с помощью зондирования когерентными сейсмоакустическими импульсами

Оптимизация алгоритмов решения обратной задачи при реконструкции геоакустических параметров слоев дна морского шельфа с помощью зондирования когерентными сейсмоакустическими импульсами

И. П. Смирнов, А. И. Хилько, В. И. Калинина

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750131

Изучаются алгоритмы послойной реконструкции геоакустических параметров донных слоев с использованием параметрических моделей формирования сигналов, отраженных от слоистого полупространства при когерентном зондировании морского шельфа. Исследуется устойчивость алгоритмов поиска и принятия решений при ограниченных априорных данных.

Показать Аннотацию
PDF

Адаптивная интегрированная сетецентрическая система высокочастотного подводного наблюдения вблизи портовых зон и морских сооружений импульсных сигналов в океане

Адаптивная интегрированная сетецентрическая система высокочастотного подводного наблюдения вблизи портовых зон и морских сооружений импульсных сигналов в океане

И. П. Смирнов$^1$, А. А. Хилько$^2$, В. В. Коваленко$^3$, А. Г. Лучинин$^1$, Е. А. Мареев$^1$, А. И. Малеханов$^1$, А. И. Хилько$^1$, В. Н. Кравченко$^4$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750132

Для акустического высокочастотного зонального наблюдения вблизи морских сооружений разработан сетецентрический метод, основанный на совместной обработке набора мультистатических томографических проекций, формируемых в подводном канале вертикальными излучающими и приемными решетками сложно-модулированных импульсных сигналов в виде согласованных с волноводом пучков. Исследована эффективность конкретных систем наблюдения в реальных прибрежных морских акваториях. Работоспособность метода исследовалась в натурных экспериментах.

Показать Аннотацию
PDF

Исследование влияния когерентности гидроакустических полей на эффективность подводного наблюдения

Исследование влияния когерентности гидроакустических полей на эффективность подводного наблюдения

А. И. Хилько$^1$, И. П. Смирнов$^1$, А. И. Машошин$^2$, А. В. Шафранюк$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750133

Разработана модель когерентности высокочастотных гидроакустических полей в случайно неоднородных океанических волноводах. Анализируются причины разрушения когерентности. Приведены результаты расчётов когерентности шумовых источников в зависимости от взаимного положения источника и приемной системы, типа волновода, а также параметров случайных неоднородностей океанического волновода. Обсуждается эффективность частично когерентного подводного наблюдения.

Показать Аннотацию
PDF

Лучевая структура звукового поля в волноводе со слоем газонасыщенных осадков

Лучевая структура звукового поля в волноводе со слоем газонасыщенных осадков

М. В. Ярина$^{1,2}$, А. А. Луньков$^{1,2}$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750134

В рамках лучевого подхода получены аналитические выражения для расчета комплексной амплитуды звукового поля в волноводе, где дно представляет собой газонасыщенный слой, лежащий на жидком полупространстве. Скорость звука в воде предполагалась не зависящей от глубины. Лучи были разделены на четыре типа по количеству отражений от верхней и нижней границы. Учитывались разветвления лучей при отражении от границы вода-газонасыщенный слой. С использованием полученных выражений проведены расчеты звукового поля волновода глубиной 120 м при различных скоростях звука в слое осадков. Результаты вычислений сравнивались с результатами, полученными лучевым методом для модели волновода с дном – жидким полупространством, имеющим те же параметры, что и осадочный слой. Получены оценки толщины слоя осадков, при которой влиянием нижнего полупространства можно пренебречь.

Показать Аннотацию
PDF

Анализ робастных алгоритмов пеленгации источников звука

Анализ робастных алгоритмов пеленгации источников звука

В. И. Турчин

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750135

Построен максимально правдоподобный робастный алгоритм для пеленгации тонального источника в присутствии плавных флуктуационных искажений поля на раскрыве линейной антенной решетки; алгоритм инвариантен к коэффициентам, определяющим искажения поля. Построена граница Крамера-Рао для дисперсии оценки пеленга. Показано, что дисперсия зависит от набора коэффициентов; некоторые реализации коэффициентов в большой степени могут увеличить дисперсию оценки. Приведены численные примеры робастных оценок пеленга для «хороших» и «плохих» флуктуаций, которые сопоставлены с обычными оценками пеленга. Ключевые слова: подводная акустика, обработка сигналов, робастные алгоритмы.

Показать Аннотацию
PDF
Акустика речи, акустические проблемы лингвистики

Возможности использования лингвистической информации при разработке перспективных технологий сжатия речевого сигнала

Возможности использования лингвистической информации при разработке перспективных технологий сжатия речевого сигнала

Н. В. Бобров

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750201

Известно, что оцифрованный речевой сигнал обладает относительно малой сжимаемостью. Компрессия речевого сигнала без потерь методами энтропийного сжатия даёт уменьшение объёма результирующего сообщения по отношению к исходному приблизительно в полтора раза. Применение дельта-компрессии (и близких к ней по сути методов, основанные на идеях А.Хаара и И.Добеши) позволяет улучшить этот показатель ещё в полтора раза. Методы сжатия речевого сигнала с потерями, дающие коэффициенты сжатия, лучшие на порядок, используют психоакустические закономерности: из сигнала удаляются компоненты, оказывающие наименьшее влияние на слуховое восприятие сигнала, например участки спектра, находящиеся «в тени» больших пиков. Необходимо заметить, что все перечисленные идеи основаны на существовании некоторых априорных знаний о речевом сигнале как источнике данных (например, о том, что ординаты соседних точек осциллограммы часто различаются на небольшую величину, или о том, что мгновенный спектр речевого сигнала, как правило, содержит небольшое число доминирующих пиков, определяющих воспринимаемое качество звука). Следуя этой же логике, можно предположить, что использование априорных знаний о том, что речевой сигнал является контейнером, заключающим в себе лингвистическую информацию, также может дать существенный выигрыш в степени его сжатия как с потерями, так и без потерь информации за счёт включения в модель источника данных сведений о закономерностях, описывающих его лингвистическую составляющую. О том, к каким результатам может привести проверка данного предположения, и пойдёт речь в предлагаемом докладе.

Показать Аннотацию
PDF

Акустические характеристики гласных из слов детей 14-16 лет

Акустические характеристики гласных из слов детей 14-16 лет

А. С. Григорьев, Е. Е. Ляксо

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750202

В работе впервые на материале русского языка описаны акустические (спектральные и временные) характеристики ударных гласных из слов, вырезанных из спонтанной речи детей в возрасте 14-16 лет, распознанных аудиторами с разной вероятностью. Проведен перцептивный анализ речи детей, направленный на распознавание значения слов взрослыми. Для слов, распознанных с разной вероятностью (0,75-1,0 и 0-0,25) описаны значения длительности ударных гласных, длительности их стационарных участков, величины частоты основного тона (F0), определены значения формантных частот (F1, F2). Построены формантные треугольники кардинальных гласных для русского языка (а, у, и) и определены их площади.

Показать Аннотацию
PDF

Системы речевого взаимодействия «человек-машина» и разработка алгоритмов преобразования «текст-речь»

Системы речевого взаимодействия «человек-машина» и разработка алгоритмов преобразования «текст-речь»

Р. К. Потапова$^1$, В. Г. Санников$^2$, В. В. Потапов$^3$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750203

Естественноязыковые интерфейсы систем искусственного интеллекта, как правило, проектируются с ориентацией на обмен текстовыми (письменными, символьными) сообщениями. Однако такое взаимодействие между человеком и машиной зачастую оказывается неудобным и неэффективным. Речевой канал коммуникации предоставляет оптимальные возможности как по скорости, так и по комфортности взаимодействия, что имеет большое значение для эргономичности труда операторов автоматизированных систем.

Показать Аннотацию
PDF
Акустические измерения

Учет влияния дифракционной расходимости и неидеальности отражения от металлического рефлектора при градуировке пьезоэлектрического преобразователя методом самовзаимности

Учет влияния дифракционной расходимости и неидеальности отражения от металлического рефлектора при градуировке пьезоэлектрического преобразователя методом самовзаимности

А. А. Дорофеева, О. А. Сапожников

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750301

Одним из методов градуировки пьезоэлектрических ультразвуковых преобразователей является метод самовзаимности. В этом методе в среде напротив исследуемого преобразователя устанавливается эталонный акустический рефлектор. Преобразователь используется и для излучения ультразвукового импульса, и для приема соответствующего отраженного сигнала (эхо-импульсный режим). Из сравнения характеристик электрического сигнала на этапах излучения и приема находится эффективность электроакустического преобразования и, тем самым, производится градуировка преобразователя. Наиболее просто провести градуировку в приближении плоских волн. На практике это условие нарушается, что может привести к заметным погрешностям. Для повышения точности метода необходимо построить численную модель, описывающую дифракционную расходимость излучаемого акустического пучка и неидеальность его отражения от рефлектора. Построение такой модели является предметом настоящей работы.

Показать Аннотацию
PDF

Оценка потенциальной эффективности работы гидроакустических систем наблюдения

Оценка потенциальной эффективности работы гидроакустических систем наблюдения

М. В. Лебедев

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750302

В настоящей работе описывается оценка потенциальной эффективности работы гидроакустических систем наблюдения. Критерием эффективности является вероятность обнаружения гидроакустического сигнала на фоне помехи, когда известны вероятность ложной тревоги и местоположение цели. В модели наблюдения предполагается, что сигнал и шум являются некоррелированными. Ковариация шума и сигнала известны. В работе получены аналитические формулы для критериев эффективности для различных режимов работы гидроакустических систем. Кроме того, в работе приведены результаты численного моделирования для различных статистик обнаружения.

Показать Аннотацию
PDF

Взаимосвязь точки росы с температурным коэффициентом времени задержки поверхностных акустических волн в системе адсорбированная вода – ниобат лития

Взаимосвязь точки росы с температурным коэффициентом времени задержки поверхностных акустических волн в системе адсорбированная вода – ниобат лития

И. Г. Симаков, Ч. Ж. Гулгенов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750303

Показано, что во влажной газовой среде температурный коэффициент времени задержки (ТКЗ) акустоэлектронного устройства имеет нулевое значение при некоторой величине тепловой энергии (температуры). Имеет место взаимосвязь температуры нулевого значения ТКЗ с точкой росы. Предложено использовать зависимость температуры нулевого значения ТКЗ от давления пара для определения относительной влажности. Рассмотрены преимущества такого метода.

Показать Аннотацию
PDF

Применение эффекта радиационного давления для измерения потерь энергии ультразвукового пучка при его прохождении через расположенный в жидкости твердотельный слой

Применение эффекта радиационного давления для измерения потерь энергии ультразвукового пучка при его прохождении через расположенный в жидкости твердотельный слой

Ж. В. Черепанова, М. А. Крыжановский, С. А. Цысарь, О. А. Сапожников

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750304

При прохождении акустической волны через расположенный в жидкости твердотельный слой возникают энергетические потери, вызванные как поглощением в слое, так и отражениями от его границ. Поскольку неоднородный по толщине слой вызывает заметные искажения волнового фронта, то традиционный способ измерения потерь, основанный на регистрации уменьшения амплитуды плоской волны, оказывается неприменимым. В этих условиях требуется измерять мощность волны методом, не чувствительным к амплитудно-фазовой структуре акустического поля. В настоящей работе в качестве такого метода предлагается подход, основанный на измерении радиационной силы, оказываемой ультразвуковым пучком на протяжённый поглотитель.

Показать Аннотацию
PDF

О перспективе развития технологии контроля отражённых гидроакустических полей

О перспективе развития технологии контроля отражённых гидроакустических полей

В. Ю. Чижов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750305

Развитие гидролокационных средств обнаружения подводных объектов в последние годы привело к необходимости четкого определения их отражающей способности. Определение и контроль отраженных сигналов от объекта может быть выполнен двумя путями: расчетным с использованием физико-математических моделей подводного объекта и экспериментальным. Указаны причины, такие как габаритные размеры, сложность конструкции, сложность проведения эксперимента, ограничивающие развитие экспери-ментальных исследований в натурных условиях. Показано, что оптимальный путь – это масштабное моделирование объекта и зондирующего сигнала.

Показать Аннотацию
PDF

Современные методы и технологии акустических испытаний кораблей для измерения характеристик их подводного шума

Современные методы и технологии акустических испытаний кораблей для измерения характеристик их подводного шума

Ю. Ф. Шлемов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750306

Во всех странах, осуществляющих строительство судов и подводных лодок (ПЛ), активно решаются вопросы качественного выполнения измерений и контроля подводного шума (ПШ) кораблей. Это необходимо для проверки соответствия ПШ судов экологическим требованиям, но главной задачей этих измерений является обеспечение акустической скрытности ПЛ. На основе анализа стандартов НАТО и данных о технологиях, применяемых при измерениях ПШ за рубежом, в статье даются рекомендации по совершенствованию отечественной системы измерения и контроля ПШ кораблей.

Показать Аннотацию
PDF

Разработка метода диагностики начальной стадии поврежденности материала по излучаемому акустическому полю

Разработка метода диагностики начальной стадии поврежденности материала по излучаемому акустическому полю

А. В. Попова

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750307

Динамические нагружения конструкций ответственного назначения, таких как корпуса энергетических установок, химические реакторы, резервуары, сосуды давления и др. обуславливают развитие поврежденности материалов и элементов конструкций, начальная стадия которой не выявляется традиционными средствами дефектоскопии. В качестве метода, дополняющего существующие методы дефектоскопического контроля, предлагается бесконтактный дистанционный метод мониторинга изменений спектральных характеристик колебаний образцов и элементов конструкций через изме-нения в излучаемом ими акустическом поле после локальных ударных воздействий. Экспериментально установлено, что наиболее структурно-чувствительной среди дру-гих спектральных характеристик является внутреннее трение, величина которого обу-словлена, в основном, рассеянием энергии в материале. Изменения данной характеристики позволяет контролировать начальные стадии процесса структурной повреждаемости металла, в то время как другие характеристики сохраняют стабильные значения. В докладе представлены результаты экспериментальных исследований по изучению влияния уровня усталостной поврежденности стальных балочных образцов на характеристики добротности излучаемого акустического поля, эксплуатировавшихся в одинаковых условиях, но с разными сроками. Представлены методика и аппаратура для проведения испытаний балочных образцов на добротность свободных затухающих колебаний со спектральным анализом излучаемого ими акустического поля.

Показать Аннотацию
PDF
Акустоэлектроника

Влияние жидкости с различной проводимостью, вязкостью и диэлектрической проницаемостью на характеристики щелевой моды в акустической линии задержки

Влияние жидкости с различной проводимостью, вязкостью и диэлектрической проницаемостью на характеристики щелевой моды в акустической линии задержки

И. А. Бородина, Б. Д. Зайцев, А. А. Теплых

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750401

Экспериментально исследовано влияние жидкости с различной проводимостью, диэлектрической проницаемостью и вязкостью на характеристики щелевой моды в структуре, состоящей из линии задержки с поперечно-горизонтальной волной и верхней пластины, разделенных воздушным зазором. Линия задержки была выполнена из Y-X ниобата лития, верхняя пластина – из Z-X ниобата лития. Возбуждение щелевой моды приводило к острым резонансным пикам на частотных зависимостях полных потерь и фазы выходного сигнала линии задержки. Установлено, что глубина и частота этих пиков зависят от указанных параметров жидкости, контактирующей с верхней пластиной. Показана возможность использования щелевой моды в исследуемой структуре для идентификации жидкостей с различными значениями проводимости, вязкости и диэлектрической проницаемости.

Показать Аннотацию
PDF

Чувствительность дисперсионных характеристик акустических волн в слоистой структуре «Me/ZnO/Me/алмаз» от толщины металлических слоев

Чувствительность дисперсионных характеристик акустических волн в слоистой структуре «Me/ZnO/Me/алмаз» от толщины металлических слоев

С. И. Бурков$^1$, О. П. Золотова$^2$, П. П. Турчин$^1$, И. М. Рычков$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750402

В настоящей работе было выполнено исследование влияния массовой нагрузки в виде двух металлических слоев (верхний и нижний электрод) на изменение фазовой скорости дисперсионных мод упругой волны в пьезоэлектрической слоистой структуре «Me/ZnO/Me/алмаз». Проанализированы зависимости этой величины от отношения h×f (частота×толщина пьезоэлектрика) и отношения d/h (толщина металла/толщина пьезоэлектрика). В качестве материала металлических слоев рассматриваются алюминий (Al), молибден (Mo), платина (Pt).

Показать Аннотацию
PDF

Влияние электрических граничных условий вблизи свободной стороны пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем на его характеристики

Влияние электрических граничных условий вблизи свободной стороны пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем на его характеристики

Б. Д. Зайцев, А. М. Шихабудинов, А. А. Теплых, И. А. Бородина

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750403

Экспериментально исследовано влияние зазора между свободной стороной пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем на основе ниобата лития и электрически проводящей пленкой на поверхности диэлектрической пластины на частоты параллельного и последовательного резонансов. Измерения проводились в диапазоне температур от 14 до 45ºС. Показано, что при изменении зазора от 0 до 3.5 мм частота параллельного резонанса монотонно увеличивается на 1.3% при постоянной температуре. Изменение частоты последовательного резонанса в интервале 0 – 3.5 мм при фиксированной температуре не превышало 0.02 – 0.07%. Теоретический анализ количественно подтвердил зависимости указанных частот от ширины зазора. Было показано, что разница между рассчитанными и измеренными зависимостями частот параллельного и последовательного резонансов от ширины зазора не превышает 0.6%. Показана возможность создания измерителей перемещений с температурной компенсацией, которые могут быть использованы для непрерывного контроля деформаций и раскрытия трещин различных конструкций.

Показать Аннотацию
PDF

Разработка нанобиосенсоров на основе акустоэлектронных технологий

Разработка нанобиосенсоров на основе акустоэлектронных технологий

В. В. Колесов$^1$, И. Е. Кузнецова$^1$, Е. С. Солдатов$^2$, С. А. Дагесян$^2$, А. Е. Мельников$^2$, В. И. Анисимкин$^1$, В. В. Кашин$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750404

Использование методов акустоэлектроники и интеграция нанобиосенсоров с акустическими линиями задержки в рамках планарных технологий дают возможность создания акустобионаноэлектронных датчиков с повышенной чувствительностью и селективностью. В работе разработан акустоэлектрический чип-сенсор на основе монокристаллической пластины ниобата лития толщиной 0.35 мм с системой встречно-штыревых преобразователей (ВШП) для возбуждения соответствующей акустической волны, который вставляется в чип-холдер со стандартным разъемом ножевого типа. Для создания планарной наноструктуры наноэлектронного трансдьюсера использовалась технология стандартной фотолитографии, различных фоторезистов и реактивного ионного травления и магнетронного напыления. Область размером 80х80 микрон в центре чипа служила для формирования электронной наноструктуры, которая является прообразом наноэлектронного трансдьюсера. В полученных наноструктурах могут быть сформированы нанозазоры для иммобилизации молекул белков-ферментов и создании селективных молекулярных биосенсоров.

Показать Аннотацию
PDF
Архитектурная и строительная акустика

Прохождение звука через однослойные и многослойные ограждающие конструкции зданий

Прохождение звука через однослойные и многослойные ограждающие конструкции зданий

В. Н. Бобылёв, В. А. Тишков, П. А. Гребнев, Д. Л. Щёголев, Д. В. Монич

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750501

Рассмотрены основные положения теории самосогласования волновых полей, позволяющей исследовать механизм прохождения звука через однослойные и многослойные ограждающие конструкции с учетом двойственной природы прохождения звука. Приведены аналитические выражения для определения предельной звукоизоляции ограждения, которая не может быть превышена при заданной массе и геометрических размерах. Исследованы резервы повышения звукоизоляции однослойных и многослойных ограждающих конструкций, применяемых в строительстве.

Показать Аннотацию
PDF

К вопросу объективной оценки акустики связанных помещений

К вопросу объективной оценки акустики связанных помещений

Х. А. Щиржецкий, В. М. Алешкин, А. О. Субботкин, В. Н. Сухов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750502

В работе, на основании комплекса натурных измерений, показана практическая применимость предложенного метода расчета реверберации связанных помещений. Отмечена особая полезность метода при акустическом проектировании зальных помещений с трансформируемой перегородкой между ними. В качестве подтверждения приводятся результаты экспериментальной проверки предложенных оценок на основе проведенных авторами натурных акустических измерений в помещениях Дворца Искусств «Нефтяник» в г. Сургут.

Показать Аннотацию
PDF

Звукоизоляция трёхслойных тонких бетонных конструкций с интегрированным каркасом

Звукоизоляция трёхслойных тонких бетонных конструкций с интегрированным каркасом

А. Я. Лившиц

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750503

В современных многоэтажных жилых домах межквартирные стены не обладают необходимой звукоизоляцией Rw=52 дБ. Причиной этого является применение в качестве материала для таких стен лёгких газосиликатных или гипсовых блоков. Применение материалов с большей плотностью или большей толщины ограничено несущей способностью междуэтажных перекрытий и экономией площади жилого пространства. Для решения этой проблемы разработаны трёхслойные конструкции внутренних не несущих стен, состоящие из наружных слоёв, сложенных из Ш (Е) или ТТ образных бетонных блоков, повернутых рёбрами жёсткости друг к другу. Их внутренний слой выполнен из звукопоглощающего материала – минеральной ваты, керамзитового песка. При общей толщине таких конструкций в 160…200 мм удалось получить звукоизоляцию в 52…53 дБ. В статье приведены результаты экспериментального исследования влияния на звукоизоляцию таких трёхслойных стен плотности бетона, материала внутреннего слоя, других факторов.

Показать Аннотацию
PDF

Громкость речи - параметр для оценки акустики учебных аудиторий

Громкость речи - параметр для оценки акустики учебных аудиторий

В. О. Жукова$^1$, Н. Г. Канев$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750504

В настоящей работе представлены результаты измерения акустических параметров учебных аудиторий МГТУ им. Баумана средней вместимости, предназначенных для проведения лекций и семинаров. Для характеристики акустики аудиторий выбраны следующие параметры: время реверберации, индекс передачи речи STI, а также уровень звука речи лектора, называемый в настоящей работе громкостью речи. Предложен параметр для характеристики пространственного распределения громкости речи. Параметр является нелокальным, поэтому в больших аудиториях оценка акустического качества по этому параметру оказывается дифференцированной. Предлагается простой метод измерения в натурных условиях громкости речи с удалением от источника. Проанализирована связь данного параметра с другими акустическими параметрами аудиторий, а также с размерами и внутренней отделкой аудиторий.

Показать Аннотацию
PDF
Аэроакустика

Изучение зависимости уровня шума турбулентного потока от параметров течения

Изучение зависимости уровня шума турбулентного потока от параметров течения

А. А. Дорофеева$^{1,2}$, Т. В. Жарников$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750601

Целью настоящей работы является изучение влияния осредненных характеристик турбулентного потока жидкости или газа в трубе на уровень создаваемого им шума. Роль шума играют гидродинамические флуктуации давления, возрастающие с увеличением числа Рейнольдса, а в качестве параметра потока рассматривается его средняя скорость. В результате теоретического анализа корреляционных функций полей скорости и давления получена зависимость мощности шума от средней скорости. Численное моделирование турбулентного течения было выполнено в стандартном пакете CFD методом крупных вихрей (LES). Рассматривались течения газа с плотностью 100 кг/м^3 в диапазоне чисел Рейнольдса от 3.2·10^4 до 1.3·10^5. Анализ временного распределения флуктуаций давления и скорости показал, что они могут быть описаны в рамках модели локальной изотропной турбулентности в центральной части течения. Зависимость мощности шума от средней скорости потока была найдена путем расчета временных моментов первого и второго порядков для флуктуирующих гидродинамических величин. Сравнение теоретической зависимости с результатами численного моделирования показало хорошее согласие.

Показать Аннотацию
PDF
Биомедицинская акустика

Экспертная система диагностики ожирения и функционального тонуса организма «БодиСоник»

Экспертная система диагностики ожирения и функционального тонуса организма «БодиСоник»

А. Г. Кириллов, А. М. Рейман

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750701

В работе представлены результаты разработки специализированного ультразвукового прибора для поиска и измерения глубины залегания сильно отражающих структур в мягких тканях (границ раздела жировых и мышечных слоев тела) и программного обеспечения, формирующего экспертную систему для оценки степени ожирения и функционального тонуса организма.

Показать Аннотацию
PDF

Исследования частотной и температурной зависимостей скорости и поглощения ультразвука в модифицированной сыворотке крови

Исследования частотной и температурной зависимостей скорости и поглощения ультразвука в модифицированной сыворотке крови

А. В. Клемина$^1$, И. Ю. Демин$^1$, В. А. Клемин$^2$, С. Н. Гурбатов$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750702

Результаты исследований сыворотки крови человека с помощью Акустического анализатора АКБа-01 БИОМ позволили разработать безреагентные методики определения белковых и липидных компонентов сыворотки крови. Дальнейшие перспективы в этой области связаны с использованием сред, полученным из сыворотки крови путем воздействия на сыворотку крови буферных растворов, которые позволяют удалить глобулины и оставить в модифицированной сыворотке крови альбумин в окружении низкомолекулярных компонентов данной сыворотки. Альбумин является важнейшим переносчиком множества компонентов организма человека в процессе его жизнедеятельности. В докладе приводятся результаты исследований модифицированной сыворотки крови, основным компонентом которой является альбумин. Обсуждаются перспективы использования полученных результатов для разработки методик лабораторной диагностики.

Показать Аннотацию
PDF

Трахеальные шумы форсированного выдоха человека: происхождение и диагностические приложения

Трахеальные шумы форсированного выдоха человека: происхождение и диагностические приложения

В. И. Коренбаум, И. А. Почекутова, В. В. Малаева, М. А. Сафронова, А. Е. Костив

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750703

Форсированный выдох человека сопровождается характерными дыхательными шумами, содержащими широкополосные и узкополосные составляющие. Освещены акустические представления о происхождении и характеристиках шумов форсированного выдоха, полученные в последнее десятилетие. Анализируются акустико-биомеханические взаимосвязи форсированного выдоха, преимущественные механизмы и зоны формирования шумов. Разработанные акустические модели и эмпирически установленные феномены позволили предложить набор акустических параметров, оказавшихся перспективным для функциональной диагностики вентиляционной функции легких как в общемедицинских целях, так и при контроле состояния лиц, находящихся в экстремальных условиях.

Показать Аннотацию
PDF

Акустический пинцет для захвата и перемещения микрочастиц на базе сфокусированного ультразвукового излучателя

Акустический пинцет для захвата и перемещения микрочастиц на базе сфокусированного ультразвукового излучателя

М. В. Лесик, С. И. Соловьев, В. Г. Андреев

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750704

Рассматривается задача захвата и перемещения микрочастиц с помощью одиночного сфокусированного излучателя на частоте 2 МГц. Рассчитано пространственное распределение радиационной силы, действующей на твердые микрочастицы двуокиси кремния в поле фокусирующего излучателя с фокусным расстоянием 70 мм и апертурой 64 мм. Показано, что существуют области на расстоянии 64 мм от поверхности излучателя, где частицы диаметром 150 мкм могут быть захвачены и удержаны при амплитуде колебательной скорости на поверхности излучателя, превышающей 6 см/с. Проведены измерения смещения частиц в горизонтальных плоскостях, расположенных на расстояниях 60-70 мм от излучателя. Показано, что под действием радиационной силы микрочастицы смещаются, в результате чего образуются области чистой поверхности, размеры и положение которых зависят от расстояния до излучателя и интенсивности ультразвука. Экспериментальные результаты соответствуют теоретическим расчетам. Предложенная схема простого акустического пинцета может быть востребована в биоинженерии для захвата и перемещения клеток и клеточных структур.

Показать Аннотацию
PDF

Численное моделирование рассеяния ультразвуковых импульсов на поверхностных газовых пузырьках применительно к задаче ультразвуковой визуализации почечных камней в доплеровском режиме

Численное моделирование рассеяния ультразвуковых импульсов на поверхностных газовых пузырьках применительно к задаче ультразвуковой визуализации почечных камней в доплеровском режиме

А. И. Полянский, О. А. Сапожников

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750705

В работе рассмотрены особенности ультразвуковой визуализации почечных камней в условиях, когда на поверхности камней присутствуют пузырьки субмикронного размера. Построена численная модель, позволяющая наблюдать так называемый артефакт мерцания, заключающийся в образовании нестационарной цветной мозаичной структуры при ультразвуковом исследовании камней в доплеровском режиме. В основе модели лежит численное моделирование уравнений эластоупрогусти и уравнения Нолтинга-Непайреса, описывающего кавитацию пузырьков. Приведены результаты доплеровской обработки сигнала, показывающие, что кавитация пузырьков действительно приводит к появлению артефакта мерцания.

Показать Аннотацию
PDF

Возможности динамической фокусировки с помощью многоэлементных решеток с плотным заполнением поверхности элементами для использования в неинвазивной ультразвуковой хирургии

Возможности динамической фокусировки с помощью многоэлементных решеток с плотным заполнением поверхности элементами для использования в неинвазивной ультразвуковой хирургии

П. Б. Росницкий$^1$, Б. А. Высоканов$^2$, Л. Р. Гаврилов$^3$, О. А. Сапожников$^1$, В. А. Хохлова$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750706

Новые технологии неинвазивной ультразвуковой хирургии, основанные на использовании фазированных решеток и высокоамплитудных нелинейных режимов облучения, требуют обеспечения максимально достижимых интенсивностей ультразвука в фокусе. При заданной апертуре решетки и технических ограничениях на величину интенсивности на ее элементах едва ли не единственной возможностью повышения интенсивности в области фокуса становится максимально плотное расположение элементов на поверхности решетки. В данной работе разработан прототип такой решетки с элементами в виде многоугольников равной площади, со случайным расположением элементов и плотностью заполнения 100% без учета технологического зазора между элементами.

Показать Аннотацию
PDF

Акустические исследования эритроцитов крови человека под воздействием солевых растворов

Акустические исследования эритроцитов крови человека под воздействием солевых растворов

Д. А. Стрельцов, А. В. Клемина

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750707

Проведены исследования изменений структуры эритроцитов акустическим методом – методом интерферометра постоянной длины. Метод основан на использовании стоячих ультразвуковых волн в цилиндрическом резонаторе. В ходе эксперимента бралась цельная кровь человека, на эритроциты которой действовали гипотоническими и гипертоническими растворами. Полученная суспензия помещалась в акустическую ячейку анализатора. Проводилось сравнение относительной скорости ультразвука в цельной крови и после воздействия на нее гипотоническим и гипертоническим растворами. Была получена четкая картина изменения структуры эритроцитов под воздействием растворов, причем все данные были получены акустическими измерениями.

Показать Аннотацию
PDF

Ультразвуковая визуализация малых рассеивателей через неоднородный по толщине твердотельный слой

Ультразвуковая визуализация малых рассеивателей через неоднородный по толщине твердотельный слой

Д. А. Сухоручкин, С. А. Цысарь, О. А. Сапожников

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750708

Задача ультразвуковой визуализации структур головного мозга значительно осложняется присутствием черепа, который приводит к сильным аберрациям и ослаблению проходящих сквозь него акустических волн. Причиной тому является заметное различие скоростей звука и акустических импедансов черепной кости и мягких тканей, а также неоднородность черепа по толщине. В настоящей работе в двумерном приближении построена теоретическая модель для описания распространения акустических волн в неоднородной среде, в том числе при наличии твердотельных включений типа черепной кости. На основе полученных данных в ходе численного эксперимента проанализирована возможность получения ультразвукового изображения мягких тканей головного мозга через неоднородный по толщине твердотельный слой в применении к транскраниальной диагностике структур мозга.

Показать Аннотацию
PDF

Теоретическое исследование и экспериментальная демонстрация возможности создания режима плоской бегущей волны при использовании плоского пьезоэлектрического источника большого волнового размера.

Теоретическое исследование и экспериментальная демонстрация возможности создания режима плоской бегущей волны при использовании плоского пьезоэлектрического источника большого волнового размера.

М. В. Хасанова$^1$, С. А. Цысарь$^2$, Д. А. Николаев$^1$, О. А. Сапожников$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750709

Исследуется возможность экспериментальной реализации акустического поля в форме бегущей плоской волны с целью измерения коэффициента поглощения и скорости звука в среде распространения. Для этого предлагается использовать плоский пьезоэлектрический источник и проводить измерения в импульсном режиме на небольших расстояниях от излучающей поверхности. В результате теоретического моделирования, основанного на точном решении волнового уравнения на оси круглого поршневого излучателя, выявлены пространственные и временные интервалы для существования режима плоской волны. Показано, что предложенный метод позволяет измерить коэффициент поглощения ультразвука в жидкостях и мягких биологических тканях в мегагерцовом диапазоне частот с использованием излучателей сантиметровых размеров.

Показать Аннотацию
PDF

Импульсная ультразвуковая микроскопия материалов и объектов тканевой инженерии

Импульсная ультразвуковая микроскопия материалов и объектов тканевой инженерии

Е. А. Храмцова$^1$, Е. С. Мороков$^1$, Т. Е. Григорьев$^{2,3}$, Е. А. Губарева$^4$, A. С. Sotnichenko$^4$, Е. В. Куевда$^4$, В. М. Левин$^1$, Ю. С. Петронюк$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750710

В работе представлены результаты экспериментального изучения возможностей применения импульсной акустической микроскопии для неинвазивной характеризации материалов и объектов тканевой инженерии. Изучены особенности визуализации акустическими методами нетканого матрикса, выполненного из тонких синтетических волокон полисульфона диаметром 4-8 мкм, а также нетканого материала на основе хитозана с толщиной волокон 100-400 нм. Предложены ультразвуковые методики для наблюдения объемной микроструктуры естественных тканевых матриксов, получаемых удалением клеточного содержимого из органов-доноров. Для отображения распределения мелкомасштабных структурных элементов в поперечных сечениях образцов тканевых матриксов развиты методики визуализации с применением динамической фокусировки внутри объекта и последующего полутонового отображения структуры – B/D (brightness-depth) методика. Результаты исследования позволяют предложить недоступные ранее методики характеризации объемной архитектуры материалов, используемых для создания тканевых матриксов, в т.ч. для оценки ориентированности волокон, степени их смачиваемости водными растворами, оценки размеров и структуры пор, ячеек матрикса.

Показать Аннотацию
PDF

Ускорение тепловой абляции биологической ткани с использованием ударно-волнового режима облучения

Ускорение тепловой абляции биологической ткани с использованием ударно-волнового режима облучения

Ю. С. Андрияхина, И. В. Синильщиков, М. М. Карзова, П. В. Юлдашев, В. А. Хохлова

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750711

В работе представлен численный алгоритм моделирования уравнения теплопроводности, оптимизированный для расчета температурного поля и объемных разрушений в биологической ткани, облучаемой мощным фокусированным ультразвуком. Исследован характер единичного воздействия на ткань для трех режимов облучения с разными пиковыми интенсивностями, но с одинаковой полной энергией пучка, которая достигается за счет различного времени облучения: гармонического режима, традиционного для ультразвуковой хирургии, и двух импульсно-периодических ударно-волновых режимов с различной пиковой интенсивностью. Рассчитаны распределения температуры и тепловой дозы, достигаемые за интервал времени между смещением фокуса терапевтической ультразвуковой решетки вдоль траектории облучения ткани. Показано, что использование ударно-волновых режимов облучения позволяет за времена нагрева порядка миллисекунд получать локальные тепловые разрушения ткани.

Показать Аннотацию
PDF

Расчет аппаратной функции широкополосного акустотермометрического датчика

Расчет аппаратной функции широкополосного акустотермометрического датчика

А. А. Аносов$^1$, А. А. Шаракшанэ$^1$, А. Д. Мансфельд$^2$, А. Г. Санин$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750712

Рассчитана аппаратная функция широкополосного (1.6 – 2.5 МГц) датчика, используемого в акустотермометрии. Экспериментальная проверка показала согласование измеренных и расчетных результатов. Проведены исследования влияния характеристик полосы пропускания и размера датчика на аппаратную функцию приемника, а также влияния аппаратной функции на измеряемый датчиком акустотермометрический сигнал. Показано, что при типичных в акустотермометрии расстояниях между датчиком и исследуемым объектом основным параметром, определяющим акустотермометрический сигнал, является отношение длины волны (для средней частоты приема) к диаметру датчика. Для задач локализации нагретой области приемник оптимально устанавливать на расстоянии 15 – 25 мм от нагретой области. Например, в этой зоне для датчика диаметром 8 мм ширина аппаратной функции составляет 1.2 ± 0.1 мм по уровню 0.5 от максимального.

Показать Аннотацию
PDF

Установка для томографирования акустических нелинейных параметров с использованием кодированных сигналов

Установка для томографирования акустических нелинейных параметров с использованием кодированных сигналов

К. В. Дмитриев, Е. А. Котельников, Д. И. Зотов, О. Д. Румянцева

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750713

Сопоставлены схемы томографирования, основанные на нелинейных эффектов третьего порядка и использующие два кодированных сигнала и один монохроматический или же три кодированных сигнала в качестве первичных. Алгоритм получения томограммы акустического нелинейного рассеивателя адаптирован для схемы с тремя кодированными первичными сигналами, и проведены первые эксперименты на модифицированной установке.

Показать Аннотацию
PDF
Геоакустика

Взаимосвязь акустической добротности и прочности горных пород различных типов

Взаимосвязь акустической добротности и прочности горных пород различных типов

А. С. Вознесенский, Я. О. Куткин, М. Н. Красилов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750801

Рассмотрены обобщенные эмпирические взаимосвязи динамических акустических характеристик горных пород различных генотипов с их прочностными свойствами. Показано, что связь акустической добротности с прочностью может иметь как монотонный, так и немонотонный характер. Указанные зависимости могут быть использованы для оценки неразрушающими методами прочности горных пород и ресурса подземных сооружений.

Показать Аннотацию
PDF

Скважинные геоакустические измерения в системе комплексного геофизического мониторинга и прогноза землетрясений на Камчатке

Скважинные геоакустические измерения в системе комплексного геофизического мониторинга и прогноза землетрясений на Камчатке

В. А. Гаврилов, Ю. Ю. Бусс, Ю. В. Морозова, Е. В. Полтавцева

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750802

Дается оценка результатам, полученным в ходе многолетнего использования новых методов мониторинга напряженно–деформированного состояния геосреды в зоне Петропавловск–Камчатского геодинамического полигона. Методы базируются на данных скважинных геоакустических измерений и электромагнитных измерений с подземными электрическими антеннами. На основе результатов мониторинга с привлечением данных гидрогеохимических и гидрогеодинамических измерений каждые две недели осуществляется подготовка заключений о сейсмической опасности для Камчатского края. Приведен пример данных комплексных скважинных измерений, характеризующих изменения напряженно–деформированного состояния геосреды в зоне Петропавловск–Камчатского геодинамического полигона во временных окрестностях Тохокского мегаземлетрясения (М=9.0, Япония, март 2011 г.) и сильнейшего Жупановского землетрясения (М=7.2, Камчатка, январь 2016 г.).

Показать Аннотацию
PDF

Развитие методов и алгоритмов решения обратных акустических задач рассеяния

Развитие методов и алгоритмов решения обратных акустических задач рассеяния

К. В. Дмитриев, Д. И. Зотов, О. Д. Румянцева, С. Н. Сергеев, А. С. Шуруп

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750803

Представлены результаты экспериментальных исследований характера распространения акустических сигналов в мелком водоеме, в том числе, при наличии ледовой поверхности. Приводятся результаты восстановления параметров волновода и оценки модовой структуры акустического поля по данным эксперимента в шельфовой зоне. С помощью численного моделирования исследованы возможности функционального алгоритма, который предназначается для целей томографии акустических рассеивателей, представленных рефракционно-поглощающими неоднородностями и, одновременно, векторным полем течений.

Показать Аннотацию
PDF

Разработка технологии томографии земной коры шельфа и глубокого моря на основе применения береговых лазерных деформографов и широкополосных низкочастотных гидроакустических излучателей

Разработка технологии томографии земной коры шельфа и глубокого моря на основе применения береговых лазерных деформографов и широкополосных низкочастотных гидроакустических излучателей

Г. И. Долгих$^{1,2}$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750804

Рассмотрены особенности разработки технологии томографии морской земной коры на основе применения береговых лазерных деформографов и низкочастотных гидроакустических излучателей. При изучении закономерностей распространения гидроакустических сигналов, создаваемых гидроакустическими излучателями, по клиновидному шельфу уменьшающейся глубины с оценкой доли гидроакустической энергии, трансформированной в сейсмоакустическую энергию, установлено, что при глубинах меньше половины гидроакустической волны практически весь сигнал распространяется в дне. При выполнении экспериментальных исследований, проведенных в бухте Витязь Японского моря с применением береговых лазерных деформографов и гидроакустического излучателя, генерирующего сложные фазоманипулированные сигналы с центральной частотой 33 Гц, отработаны основы создания технологии томографии земной коры шельфовых областей различных морей. С целью решения подобных задач при больших глубинах моря разработан и создан мощный низкочастотный гидроакустический излучатель на 19-26 Гц, предназначенный для генерации сигналов различной сложности с амплитудой до 10 кПа. В ходе его испытаний на шельфе Японского моря определены скорости волн Рэлея, Стоунли и Лява на трассе «излучатель – лазерный деформограф».

Показать Аннотацию
PDF

Резонансы внутри ансамбля пор как возможная модель формирования спектра акустического излучения при фильтрации газа через пористые среды.

Резонансы внутри ансамбля пор как возможная модель формирования спектра акустического излучения при фильтрации газа через пористые среды.

Э. А. Иванова$^{1,2}$, Д. Н. Михайлов$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750805

Предложена новая модель, описывающая поровое пространство в виде ансамбля взаимосвязанных резонаторов Гельмгольца. С помощью этой модели удалось улучшить воспроизведение особенностей спектра акустического шума, регистрируемого в экспериментах при фильтрации газа через пористые среды. Реализована программа расчета собственных частот системы связанных резонаторов. Представлены результаты работы программы на примере модели порового пространства известняка Indiana. В качестве основного механизма генерации акустического шума газовым потоком рассматриваются микровихри в порах. Появление микровихрей обусловлено инерционными эффектами течения. Представлены численные расчеты на COMSOL Multiphysics которые показывают, что микровихри начинают генерироваться при числах Рейнольдса в порах порядка 1–10.

Показать Аннотацию
PDF

Разработка физических основ низкочастотной акустической томографии на арктическом шельфе волоконно-оптическими сейсмоприемниками

Разработка физических основ низкочастотной акустической томографии на арктическом шельфе волоконно-оптическими сейсмоприемниками

О. Т. Каменев, Ю. Н. Кульчин, Ю. С. Петров, В. А. Колчинский

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750806

Предложен и экспериментально исследован сейсмоприемник на основе интерферометра Маха-Цендера. Волоконно-оптический многовитковый чувствительный элемент сейсмоприемника обеспечивает высокую чувствительность к виброускорению в диапазоне 1–20 Гц. Стабильность положения рабочей точки интерферометра сейсмоприемника обеспечивается цепью обратной связи. Показано, что пороговая чувствительность сейсмоприемника 10^–7 м/с^2 обеспечивает возможность регистрации слабых сейсмосигналов.

Показать Аннотацию
PDF

Влияние параметров рэлеевской модели затухания упругих волн на характеристики сейсмограмм и акустическую добротность

Влияние параметров рэлеевской модели затухания упругих волн на характеристики сейсмограмм и акустическую добротность

М. Н. Красилов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750807

Проведено компьютерное моделирование распространения упругих волн от взрыва при подземной отработке массива гипсосодержащих пород для различных значениий параметра 𝛽𝑑𝐾 рэлеевской модели, характеризующего затухание, пропорциональное частоте. Получен график зависимости акустической добротности от 𝛽𝑑𝐾, который показывает, что при увеличении затухания акустическая добротность массива горных пород снижается. Из-за того, что изменению 𝛽𝑑𝐾 на 2 порядка соответствует изменение добротности на 30%, указанная зависимость может быть использована только для качественной оценки изменения акустической добротности массива горных пород во времени. Количественная оценка может быть произведена только после введения необходимых корректировок.

Показать Аннотацию
PDF

О свойствах акустической границы между твердым телом и жидкостью при моделировании упругих волн в геосредах в Comsol Multiphysics

О свойствах акустической границы между твердым телом и жидкостью при моделировании упругих волн в геосредах в Comsol Multiphysics

В. В. Набатов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750808

В статье описывается специфика моделирования процедур геофизического контроля тоннелей метрополитенов, используемого для поиска полостей в заобделочном пространстве. В частности, модель требует специфической работы с граничными условиями на контакте между твердым телом и флюидом. Полученные результаты моделирования сопоставлены с результатами реальных измерений в тоннелях. Выявлены специфические особенности откликов получаемых при контроле.

Показать Аннотацию
PDF

О влиянии свойств насыщающей геоматериалы жидкости на характер их термостимулированной акустической эмиссии

О влиянии свойств насыщающей геоматериалы жидкости на характер их термостимулированной акустической эмиссии

Е. А. Новиков, М. Г. Зайцев

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750809

Рассматриваются результаты экспериментальных исследований влияния засоленности грунтовых вод на результаты термоакустоэмиссионного контроля состояния ледопородной матрицы, сформированной из этих вод и песчано-глинистого грунта. Показана возможность нивелирования влияния этого фактора на результаты контроля. Подтверждена применимость метода термостимулированной акустической эмиссии для оценки прочностных свойств мерзлого геоматериала при его растеплении и одновременном воздействии механической нагрузки.

Показать Аннотацию
PDF

Метод пассивной томографической реконструкции глубинных неоднородностей морского дна

Метод пассивной томографической реконструкции глубинных неоднородностей морского дна

Д. А. Преснов$^1$, А. Л. Собисевич$^1$, А. С. Шуруп$^{1,2}$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750810

Для изучения глубинного строения земной коры, которая является в значительной степени неоднородной, эффективными и все более популярными оказываются методы, использующие в своей основе упругие поверхностные волны. На сегодняшний день существует целый ряд подобных методов, разработанных изначально для применения на суше. В настоящей работе обсуждается алгоритм томографического восстановления скоростного строения геологической среды применительно к морскому дну. В качестве исходных данных в этом случае используются времена пробега поверхностных волн вдоль границы раздела упругой и жидкой сред. Развиваемый метод строится на анализе шумовых данных, регистрируемых сетью донных измерительных станций. Обсуждается возможность оценки функции Грина путем вычисления взаимно-корреляционной функции сейсмоакустического шума. Методика построения карты скоростей основывается на разложении неоднородности скорости по так называемому полосчатому базису, изначально разработанному для задач акустики океана. В результате становится возможным восстановление трехмерного распределения упругих параметров морского дна. В работе представлены результаты выполненной обработки экспериментальных данных на примере эксперимента “Plume lithosphere undersea melt” по изучению строения гавайского плюма.

Показать Аннотацию
PDF

Упруго-анизотропные свойства пород разного вещественного состава и фаций метаморфизма северо-востока Балтийского щита

Упруго-анизотропные свойства пород разного вещественного состава и фаций метаморфизма северо-востока Балтийского щита

О. М. Тришина, Ф. Ф. Горбацевич, М. В. Ковалевский

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750811

На примере пород, слагающих свиту матерт Печенгского комплекса, изучены геологические особенности, метаморфизм и физические свойства пород от пренит-пумпеллиитовой до амфиболитовой фации. Методом акустополярископии выполнена оценка упругой анизотропии, проведены экспериментальные определения плотности, скорости продольных и поперечных волн в лабораторных условиях. По минеральному составу выполнен расчет плотности и скоростных характеристик для глубинных условий залегания пород. Изучение пород разных фаций метаморфизма показало, что параметры физических свойств in situ возрастают от пренит-пумпеллиитовой до амфиболитовой фации.

Показать Аннотацию
PDF

Лабораторное изучение акустических свойств гидратосодержащих осадков

Лабораторное изучение акустических свойств гидратосодержащих осадков

Г. А. Дугаров$^1$, А. А. Дучков$^{1,2}$, А. Д. Дучков$^1$, А. Н. Дробчик$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750812

Проведена серия лабораторных экспериментов по формированию гидратосодержащих образцов, гидраты метана и тетрагидрофурана (ТГФ), и изучению их акустических свойств. Также был проведен значительный объем экспериментов со льдом для сравнения его свойств с газогидратами. Были получены зависимости скоростей и поглощений продольных и поперечных волн в зависимости от гидратосодержания или коэффициента начального водонасыщения в случае со льдом. Зависимости для гидрата метана, ТГФ и льда показывают разный характер роста скоростей при увеличении гидратосодержания или коэффициента начального водонасыщения. Для метана и льда наибольший рост скоростей продольных и поперечных волн наблюдается в области небольших содержаний. Это коррелирует с данными по поглощению, в области небольших содержаний для метана и льда наблюдается резкое уменьшение величины поглощения. Для гидрата ТГФ наблюдается постепенный рост скоростей продольных и поперечных волн с увеличением гидратосодержания. Разница в зависимостях скоростей может объясняться разным типом нахождения гидрата или льда в поровом пространстве и требует использования разных моделей эффективных сред для их описания. Для случая гидрата ТГФ предлагается использовать модель формирования гидрата нецементирующего типа, а для гидрата метана и льда – цементирующего типа.

Показать Аннотацию
PDF
Нелинейная акустика

Расчетно-экспериментальное исследование пространственно-временных характеристик кавитационной зоны

Расчетно-экспериментальное исследование пространственно-временных характеристик кавитационной зоны

Э. М. Агрест$^1$, Г. Н. Кузнецов$^2$, Н. П. Мельников$^3$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750901

На основании анализа данных высокоскоростной киносъемки, спектров кавитационного шума (КШ) и компьютерного моделирования исследованы радиальное и поступательное движение одиночных кавитационных полостей, взаимодействующих с знакопеременным градиентом звукового давления (ЗД) и между собой. Экспериментально и численно изучены динамика кавитационной области, физические причины интенсивных периодических перемещений нестабильных полостей и спектральные характеристики КШ. При заданном статическом давлении развитие зоны кавитации определяется газосодержанием и вязкостью жидкости.

Показать Аннотацию
PDF

Нелинейная эволюция сферической стоячей волны в акустически возбужденной жидкой капле

Нелинейная эволюция сферической стоячей волны в акустически возбужденной жидкой капле

Е. А. Анненкова$^1$, О. А. Сапожников$^{1,2}$, Д. С. Саймон$^2$, У. У. Крайдер$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750902

При фокусировке интенсивного ультразвукового пучка на границу жидкость–воздух возникает явление, называемое ультразвуковой атомизацией. При повышении интенсивности ультразвука данное явление наблюдается в виде акустического фонтана. Скоростная съемка показывает, что фонтан, вырывающийся с поверхности жидкости после включения ультразвука, приобретает форму цепочки из капель, которые через некоторое время начинают взрываться. В данной работе развита нелинейная теория акустических и тепловых процессов в сферической капле для описания возможных механизмов развития неустойчивости капель. Показано, что в капле, акустически возбужденной на основном резонансе, с течением времени из-за нелинейности среды формируются сферические стоячие волны на высших кратных частотах. Указанный процесс генерации гармоник сопровождается значительным увеличением пикового акустического давления в центре капли. Отмечается, что рост отрицательного давления и дополнительный нагрев вблизи центра капли могут привести к кавитации и последующему взрыву капли. Разработанная теоретическая модель для описания акустического давления внутри сферического объема нелинейной вязкой жидкости основана на волновом уравнении квадратичного приближения. Его решение ищется в виде суммы гармонических составляющих с медленно изменяющимися амплитудами. На основе численного решения рассчитан спектр волны в разные моменты времени и исследованы закономерности эволюции пространственно-временной структуры акустического давления и температуры в капле.

Показать Аннотацию
PDF

Возбуждение стоячих волн в вязкоупругом резонаторе при наличии статической деформации сдвига

Возбуждение стоячих волн в вязкоупругом резонаторе при наличии статической деформации сдвига

Ш. А. Асфандияров, Т. Б. Крит, В. Г. Андреев

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750903

В работе приводятся результаты экспериментального исследования стоячих сдвиговых волн в резонаторе в виде прямоугольного параллелепипеда из гелеобразного полимерного материала, закреплённого без проскальзывания между двумя деревянными пластинами. К свободной пластине прикреплены металлические стержни, на которые закрепляется нагрузочная масса, создающая дополнительное статическое сдвиговое напряжение в среде под действием силы тяжести. Это напряжение приводит к изменению упругих характеристик исследуемого материала, что при его деформации выражается в увеличении резонансной частоты.

Показать Аннотацию
PDF

Акустическая нелинейность верхнего слоя моря

Акустическая нелинейность верхнего слоя моря

В. А. Буланов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750904

Теоретически и экспериментально исследованы распределения пузырьков в морской воде при одновременных измерениях акустической нелинейности и кавитационной прочности. Исследования проводились в шельфовой зоне Японского моря при различных гидрологических и метеорологических характеристиках. Показано, что акустическая нелинейность и кавитационная прочность воды, содержащей пузырьки в достаточно больших концентрациях, проявляют аномальные характеристики, резко отличающие их от таковых, наблюдающихся в чистой морской воде.

Показать Аннотацию
PDF

Распространение интенсивных акустических пучков в вязкоупругой среде с полостями

Распространение интенсивных акустических пучков в вязкоупругой среде с полостями

В. А. Гусев

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750905

Рассмотрено распространение акустических волн и пучков большой интенсивности в вязкоупругих средах, содержащих газовые полости. Отклик такой среды на внешнее акустическое воздействие отличается различными частотно-зависимыми эффектами и сложной временной зависимостью, в частности резонансным и релаксационным характером. Поведение вязкоупругого материала такой среды носит релаксационный характер, несущий память о воздействии в предыдущие моменты времени. Динамика внутренних элементов – включений и полостей – может носить ярко резонансный характер. Рассчитана трансформация временных профилей и поперечной структуры пучков при распространении в подобных средах со сложной внутренней динамикой.

Показать Аннотацию
PDF

Исследование взаимосвязи кавитационной прочности с различными параметрами морской воды

Исследование взаимосвязи кавитационной прочности с различными параметрами морской воды

В. П. Елистратов$^1$, Г. Н. Кузнецов$^2$, Н. П. Мельников$^3$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750906

Исследованы физические зависимости и корреляционной связи порогов возникновения кавитации (ПВК), измеренных в различных районах Атлантического, Индийского и Тихого океанов, с гидрологическими, гидрофизическими и гидрохимическими характеристиками морской воды. Подтверждено существование широтного эффекта (ШЭ) и установлена повышенная статистическая связь ПВК с общим газо- и кислородосодержанием, температурой и щелочностью. Показано влияние на ПВК зон дивергенции и конвергенции, а также морских течений.

Показать Аннотацию
PDF

Влияние точечных дефектов на пространственную локализацию нелинейных волн, распространяющихся в материалах

Влияние точечных дефектов на пространственную локализацию нелинейных волн, распространяющихся в материалах

В. И. Ерофеев, А. В. Леонтьева, А. О. Мальханов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750907

Показано, что самосогласованная математическая модель, включающая в себя уравнения теории упругости и кинетические уравнения для плотностей различных типов точечных дефектов, может быть сведена к нелинейному эволюционному уравнению, объединяющему в себе известные уравнения волновой динамики: Кортевега-де Вриза-Бюргерса и Клейна-Гордона. Найдены и проанализированы точные аналитические решения этого уравнения.

Показать Аннотацию
PDF

Особенности нелинейной трансформации акустических волн при наклонном падении на плоскую границу двух твердых тел

Особенности нелинейной трансформации акустических волн при наклонном падении на плоскую границу двух твердых тел

А. И. Кокшайский, Н. В. Ширгина, А. И. Коробов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750908

Проанализированы особенности нелинейной трансформации продольной и сдвиговой акустических волн с вертикальной поляризацией (SV-волны) при их падении под углом 45о на плоскую границу двух шероховатых сред. Исследования производились спектральным методом по эффективности генерации амплитуды первой и второй продольных и третьей сдвиговой акустических гармоник, отраженных и прошедших через плоскую границу двух твердых тел в зависимости от внешнего давления, приложенного к границе. Амплитуды гармоник немонотонно зависели от величины внешнего статического давления, приложенного к границе. Полученные результаты находятся в согласии с проведенным анализом, свидетельствуют о присутствии сильной структурной нелинейности на границе двух сред, обусловленной механизмами контакта Герца и гистерезисной нелинейностью и могут быть использованы при диагностике качества сварных швов.

Показать Аннотацию
PDF

Упругие свойства изотропного графита

Упругие свойства изотропного графита

А. И. Коробов$^1$, В. М. Прохоров$^2$, Н. В. Ширгина$^1$, А. И. Кокшайский$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750909

В данной работе ультразвуковым методом исследованы линейные и нелинейные упругие свойства графита. Измерения проводились импульсным методом. В образцах изотропного конструкционного графита, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда, измерены скорости сдвиговых и продольных объемных упругих волн (ОАВ). Измерения скорости ОАВ позволили определить все независимые компоненты тензора упругости второго порядка в графите. В этих образцах также был исследован акустоупругий эффект: экспериментально измерена зависимость скоростей ОАВ от величины одноосного сжатия, приложенного к образцу. По результатам этих измерений методом Терстона-Браггера определены все независимые компоненты тензора упругости третьего порядка в изотропном графите.

Показать Аннотацию
PDF

Теоретический анализ зависимости радиационной силы, оказываемой акустическим пучком на твердотельный сферический рассеиватель, от соотношения ширины пучка и диаметра рассеивателя

Теоретический анализ зависимости радиационной силы, оказываемой акустическим пучком на твердотельный сферический рассеиватель, от соотношения ширины пучка и диаметра рассеивателя

А. В. Николаева$^1$, О. А. Сапожников$^{1,2}$, М. Р. Бэйли$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750910

В работе теоретически решается задача повышения эффективности метода дистанционного перемещения небольших объектов под действием радиационной силы путем выбора оптимальных параметров ультразвукового пучка. Рассматривается расположенный в жидкости твердотельный сферический рассеиватель, на который падает фокусированный ультразвуковой пучок. Одним из практически важных является вопрос о том, как радиационная сила зависит от соотношения между поперечной шириной пучка и диаметром рассеивателя. Как показали расчеты для пучка с квазигауссовским поперечным распределением, зависимость имеет четко выраженный максимум при близости поперечных размеров пучка и рассеивателя. Аналогичный результат был получен и при использовании более приближённого к практике поршневого фокусирующего излучателя. Была высказана гипотеза, что физической причиной указанного эффекта является резонансное возбуждение сдвиговых волн акустической волной, распространяющейся вдоль поверхности камня в воде. Для проверки были проведены вычисления силы для двух материалов рассеивателя: моногидрата оксалата кальция (материал одного из типов почечных камней) и гипсового цемента марки U-30. При расчётах скорость продольной волны фиксировалась, а скорость поперечной волны изменялась в широком диапазоне. Оказалось, что наибольшая радиационная сила действительно достигалась при близости скорости поперечных волн в камне к скорости звука в жидкости.

Показать Аннотацию
PDF

Нелинейные эффекты в поле вязких волн

Нелинейные эффекты в поле вязких волн

А. С. Павловский, Н. Г. Семёнова

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750911

Выполнено численное исследование нелинейных нестационарных полей скорости и давления вязкой несжимаемой жидкости вблизи колеблющейся твердой пластины бесконечно малой толщины и ограниченной длины в направлении колебаний. Показано, что ограничение размера пластины вдоль направления её колебаний приводит к нелинейности задачи даже при малой амплитуде колебаний поверхности пластины. Исследованы поля давления и скорости при больших амплитудах колебаний поверхности пластины. Объяснено возникновение потоков вытеснения при колебании пластины бесконечно малой толщины и ограниченной длины.

Показать Аннотацию
PDF

Измерение производительности акустического фонтана

Измерение производительности акустического фонтана

В. О. Фатеев, И. И. Конопацкая, П. А. Пятаков, M. A. Mironov

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1750912

Измерена производительность (объемная скорость) акустического фонтана и показано, что производительность пропорциональна акустической мощности. Определен коэффициент пропорциональности.

Показать Аннотацию
PDF
Оптоакустика и акустооптика

Определение модулей металлических композитов бесконтактной регистрацией оптико-акустических импульсов

Определение модулей металлических композитов бесконтактной регистрацией оптико-акустических импульсов

В. В. Кожушко$^1$, В. П. Сергиенко$^1$, В. Н. Мышковец$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751001

Технология композитных материалов – быстро развивающееся и перспективное направление в решении эксплуатационных, экономических и экологических задач по замещению материалов предыдущих поколений. Определение упругих свойств композитов на этапе разработки необходимо для подтверждения их соответствия предъявляемым требованиям. В работе показаны возможности измерения скорости продольных и сдвиговых ультразвуковых импульсов, возбуждаемых в результате оптико-акустического преобразования в металлических композитах. Особенностью предлагаемого подхода является бесконтактная регистрации ультразвука электромагнитным акустическим преобразователем.

Показать Аннотацию
PDF
Распространение и дифракция волн

Акустическая калибровка района установки антенн с использованием векторно-скалярных модулей

Акустическая калибровка района установки антенн с использованием векторно-скалярных модулей

А. И. Белов, Г. Н. Кузнецов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751101

Оцениваются параметры модели поверхностных слоев грунта в мелком море. Для анализа модовой структуры используются импульсы буксируемого пневмоисточника и преобразование Вигнера. Вертикальные векторные приемники выделяют семь мод. Скалярные приемники или горизонтальные векторные приемники выделяют только три моды. Показано, что использование вертикальных векторных приемников повышает точность оценки параметров модели слоистого дна.

Показать Аннотацию
PDF

Затухание звукового давления и ортогональных проекций вектора колебательного ускорения в мелком море

Затухание звукового давления и ортогональных проекций вектора колебательного ускорения в мелком море

А. И. Белов, Г. Н. Кузнецов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751102

Исследования пространственного затухания низкочастотных векторно-скалярных звуковых полей в мелком море выполнены с использованием буксируемой пневмопушки и четырехкомпонентных векторно-скалярных приемников. Экспериментальные данные и вычисленные на основе акустической калибровки волновода законы спадания звукового давления и ортогональных векторных проекций колебательного ускорения показали, что вертикальная проекция вектора колебательного ускорения убывает заметно быстрее, чем поле звукового давления.

Показать Аннотацию
PDF

Интерференционная амплитудно-фазовая структура узкополосных векторно-скалярных сигналов в мелком море

Интерференционная амплитудно-фазовая структура узкополосных векторно-скалярных сигналов в мелком море

Н. И. Белова, Г. Н. Кузнецов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751103

В мелком море выполнен сравнительный анализ амплитуд и фаз узкополосных низкочастотных векторно-скалярных сигналов в зонах интерференционных максимумов и минимумов (ИМА и ИМИ). Установлено существенное отличие интерференционной структуры звукового давления (ЗД) и горизонтальных проекций вектора колебательного ускорения (скорости – ВКС) от характеристик вертикальных проекций. Показана устойчивость градиентов фазы в зонах ИМА и быстрое изменение фазы в зонах ИМИ, предположительно связанных с зонами дислокаций.

Показать Аннотацию
PDF

Влияние статистики распределения донных дискретных неоднородностей по размерам на обратное рассеяние акустических волн

Влияние статистики распределения донных дискретных неоднородностей по размерам на обратное рассеяние акустических волн

И. Ю. Грязнова, Е. Н. Иващенко, М. С. Лабутина

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751104

Исследовано влияние статистики распределения дискретных неоднородностей по размерам на среднюю интенсивность обратно рассеянных акустических сигналов. Показано, что появление рассеивателей разных размеров на «звукопрозрачном» дне приводит к увеличению средней интенсивности обратного рассеяния по сравнению с рассеянием на неоднородностях одинакового размера. Доказано, что при наличии отражающей подложки вклад интерференционного слагаемого в среднюю интенсивность при обратном рассеянии на неоднородностях разных размеров уменьшается с увеличением среднего размера рассеивателей.

Показать Аннотацию
PDF

О роли коллективных эффектов рассеяния в задачах диагностики дискретных случайных неоднородностей

О роли коллективных эффектов рассеяния в задачах диагностики дискретных случайных неоднородностей

И. Ю. Грязнова, Е. Н. Иващенко, Р. В. Сомов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751105

Предложено описание возможной корреляции взаимного расположения дискретных донных неоднородностей. Показано, что наличие такой корреляции приводит к существенному изменению средней интенсивности обратного рассеяния. Исследовано, при каких условиях доминируют эффекты, возникающие при наличии разброса неоднородностей по размерам, а при каких – коллективные эффекты рассеяния.

Показать Аннотацию
PDF

Анализ применимости принципа взаимности в векторно-скалярных полях мультипольных источников

Анализ применимости принципа взаимности в векторно-скалярных полях мультипольных источников

Г. Н. Кузнецов$^1$, А. Н. Степанов$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751106

Исследуется применимость принципов взаимности (ПВ) в гидроакустическом волноводе для векторно-скалярных полей (ВСП) мультипольных источников (МИ). Показано, что МИ по этому принципу разделяются на две группы: в первой группе поля звукового давления (ЗД), горизонтальные проекции векторов колебательной скорости (ГП ВКС) удовлетворяют ПВ, а вертикальные проекции (ВП ВКС) этих векторов не удовлетворяют. Во второй группе ЗД и ГП ВКС принципу взаимности не удовлетворяют, а их ВП ВКС удовлетворяют. Градиенты фазы (ГФ) и углы прихода в вертикальной плоскости, в основном, ПВ не удовлетворяют.

Показать Аннотацию
PDF

Излучение диполя в волноводе

Излучение диполя в волноводе

А. Д. Лапин

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751107

Исследовано звуковое поле точечного диполя с моментом в двух многомодовых волноводах – трубе с прямоугольным и трубе с круговым сечением, стенки обеих труб жесткие. Поле диполя получено дифференцированием поля монополя по координатам этого источника. Показано, что при приближении диполя с моментом к жесткой стенке волновода пропадает излучение, обусловленное компонентой момента, перпендикулярной этой стенке. Рассчитана мощность излучения диполя в многомодовом волноводе, исследована зависимость этой мощности от частоты. Показано, что мощность излучения диполя в узкой (по сравнению с длиной звуковой волны) трубе равна где - волновое число, и - соответственно плотность заполняющей среды и скорость звука в ней, - площадь поперечного сечения трубы, - проекция момента диполя на ось этой трубы.

Показать Аннотацию
PDF

Оценка точности численного описания дифракционных эффектов в сильно фокусированных ультразвуковых пучках с использованием различных параболических моделей и способов постановки граничного условия

Оценка точности численного описания дифракционных эффектов в сильно фокусированных ультразвуковых пучках с использованием различных параболических моделей и способов постановки граничного условия

И. С. Мездрохин$^1$, П. В. Юлдашев$^2$, В. А. Хохлова$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751108

В работе описан алгоритм численного моделирования ультразвукового пучка, создаваемого аксиально-симметричным излучателем, с использованием широкоугольного приближения теории дифракции. Проводится сравнение результатов моделирования для сильно фокусирующего излучателя, полученных на основе следующих моделей: решения дифракционной задачи с помощью интеграла Рэлея; параболического приближения теории дифракции; параболического приближения с модификацией граничного условия; широкоугольного приближения с использованием различных способов задания граничного условия.

Показать Аннотацию
PDF

Применение сложных широкополосных сигналов при измерении силы цели цилиндрической оболочки

Применение сложных широкополосных сигналов при измерении силы цели цилиндрической оболочки

Ю. Н. Попов, Н. М. Лисенков

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751109

Показана возможность измерения силы цели с помощью широкополосных сигналов с кодово-импульсной модуляцией. Обеспечение высокоточного отсчета для синхронизации работы приемника и излучателя обеспечивает определение точного угла и расстояния между приемником, источником и целью. Сила цели определяется путем сравнения корреляционных функций сигналов на приемнике, полученных при прохождении зондирующего сигнала и отраженного эхосигнала. Результаты могут быть использованы в задачах гидролокации при поиске подводных объектов.

Показать Аннотацию
PDF

Расчет влияния незеркальной составляющей при рассеянии плоской волны на пластине с периодическими импедансными условиями

Расчет влияния незеркальной составляющей при рассеянии плоской волны на пластине с периодическими импедансными условиями

Ю. Н. Попов, Н. М. Лисенков

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751110

Сформулирована задача формирования и приведен алгоритм расчета незеркальной составляющей при рассеянии плоской волны на пластине с периодическими импедансными условиями. Показано, что на плоской пластине, не имеющей пространственную кривизну, при косом падении волны может возникать сложное рассеяние, в том числе с незеркальной составляющей. Результаты могут быть использованы при проектировании конструкций судов и морских сооружений, для которых важен вопрос помехозащищенности.

Показать Аннотацию
PDF

Построение функций Грина неоднородного акустического слоя на упругом полупространстве

Построение функций Грина неоднородного акустического слоя на упругом полупространстве

В. Ю. Приходько

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751111

В работе излагается метод построения функций точечного источника звуковых волн в неоднородных средах. Основные результаты получены для случая неоднородного акустического слоя, лежащего на неоднородном полупространстве с переменной по глубине плотностью и скоростью звука. Найдены функциональные соотношения, связывающие характеристики звуковых полей с упругими и спектральными характеристиками неоднородного полупространства. Исследование проводится при помощи обобщенных соотношений ортогональности для векторных нормальных волн в стратифицированных средах. Используются формулы Грина для неоднородного уравнения Гельмгольца и формулы Бетти для уравнений теории упругости Ключевые слова: неоднородные среды, обобщенные соотношения ортогональности, нормальные волны, формулы Бетти.

Показать Аннотацию
PDF

Измерение коэффициента рассеяния звука в масштабной модели прямоугольного помещения

Измерение коэффициента рассеяния звука в масштабной модели прямоугольного помещения

П. А. Трушина$^1$, Н. Г. Канев$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751112

Экспериментально исследован недавно предложенный способ измерения коэффициента рассеяния звука в недиффузном звуковом поле. Такое поле создается в прямоугольном помещении с одной поглощающей стенкой, на остальных стенках располагаются испытуемые звукорассеивающие элементы, коэффициент рассеяния которых определяется по измеренной кривой затухания. Измерения проведены в помещении размером 0.7х0.4х0.4м на частотах 4-16 кГц. Полученные результаты продемонстрировали возможность измерения коэффициента рассеяния предложенным способом.

Показать Аннотацию
PDF

Изучение поведения дисперсионных кривых квазидипольных мод анизотропного волновода с помощью полуаналитического метода конечных элементов

Изучение поведения дисперсионных кривых квазидипольных мод анизотропного волновода с помощью полуаналитического метода конечных элементов

Т. В. Жарников$^1$, Д. Е. Сыресин$^2$, А. А. Никитин$^3$, А. А. Дорофеева$^{1,4}$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751113

В данной работе исследуются особенности поведения дисперсионных кривых квазидипольных мод эллиптических анизотропных волноводов. С помощью полуаналитического метода конечных элементов показано, что вблизи точки сближения дисперсионных кривых они не пересекаются, а отталкиваются. Отталкивание сопровождается вращением поляризации мод при изменении частоты. Причиной такого поведения является отсутствие в модели точной симметрии. Пересечение возможно только в моделях с точной симметрией. Предложенный сценарий пересечения дисперсионных кривых важен для геофизических задач, поскольку может быть альтернативой общепринятому сценарию, когда пересечение кривых вызвано преднапряжением вмещающей среды.

Показать Аннотацию
PDF
Ультразвуковые технологии

Ультразвуковые расходомеры газа с накладными датчиками

Ультразвуковые расходомеры газа с накладными датчиками

А. Д. Мансфельд$^1$, А. Г. Санин$^1$, Г. П. Волков$^1$, Р. В. Беляев$^1$, Д. В. Мороскин$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751201

Описаны два типа ультразвуковых расходомеров газа с накладными датчиками, осуществляющих измерение газового потока через металлическую стенку трубы. Основным достоинством разработанных расходомеров является возможность измерения расхода газа даже при низком давлении, без врезки датчиков в стенку. Рассматриваются различные способы локации (импульсный, непрерывный), влияние «стеночных» сигналов, способы выделения полезного сигнала. Приводятся результаты лабораторных и натурных испытаний.

Показать Аннотацию
PDF

Исследование механизма самораскручивания резьбовых соединений при продольных ультразвуковых колебаниях

Исследование механизма самораскручивания резьбовых соединений при продольных ультразвуковых колебаниях

А. Н. Неверов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751202

Теоретически и экспериментально исследован механизм вибрационного самораскручивания резьбовых соединений. Показано, что при продольных колебаниях стержня с винтовой неоднородностью тело, размещенное на винтовой поверхности, подвергается воздействию центробежной силы и силы Кориолиса. Вследствие нелинейности сил трения силы инерции могут обусловить перемещение тела по винтовой поверхности, направление вращения определяется относительным расположением резьбового соединения и узла колебательных механических деформаций. Проведенные эксперименты подтвердили теоретические выводы. Направление и угловая скорость вращения тела зависели от частоты возбуждаемых продольных колебаний стержня. Полученные результаты обсуждаются на основе разработанной теории.

Показать Аннотацию
PDF
Физическая акустика

Захват и перемещение твердых частиц с использованием закрученного ультразвукового пучка

Захват и перемещение твердых частиц с использованием закрученного ультразвукового пучка

В. Г. Андреев, М. В. Лесик, С. И. Соловьев

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751301

Решена задача захвата и перемещения в жидкости твердых сферических частиц ультразвуковым пучком, сформированным 8-элементной антенной решеткой. Формулируются требования к конфигурации ультразвукового поля и его интенсивности для захвата и удержания частиц заданного радиуса и плотности. Приведены измерения акустической мощности, излучаемой отдельными элементами решетки и показано, что амплитуда колебательной скорости может быть достаточно для захвата и удержания в воде полистереновых частиц субмиллиметрового размера.

Показать Аннотацию
PDF

Акустическое исследование нелинейных вязкоупругих свойств жидкостей

Акустическое исследование нелинейных вязкоупругих свойств жидкостей

Б. Б. Бадмаев$^1$, Т. С. Дембелова$^1$, Б. Б. Дамдинов$^{1,2}$, Д. Н. Макарова$^1$, Е. Д. Намдакова$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751302

В данной работе представлены экспериментальные результаты исследования комплексного модуля сдвига и эффективной вязкости от угла сдвиговой деформации на примере триэтиленгликоля с использованием акустического резонансного метода.

Показать Аннотацию
PDF

Многочастотный акустический метод определения характеристик турбулентного поперечного течения

Многочастотный акустический метод определения характеристик турбулентного поперечного течения

И. Б. Есипов$^{1,2}$, В. Н. Коновалов$^2$, А. Д. Черноусов$^{2,3}$, О. Е. Попов$^4$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751303

Приводятся результаты экспериментального исследования возможности решить обратную задачу – восстановить скорость турбулентного потока и его положение в пространстве по анализу спектра флуктуаций акустического сигнала разных частот. Обсуждаются условия и точность восстановления характеристик турбулентного течения с помощью многочастотного сигнала, распространяющегося по одной акустической трассе. Исследование выполнялось в заглушенной акустической камере. В качестве турбулентного потока служила струя воздуха. Несмотря на общефизический характер выполненных исследований, полученные результаты могут быть применимы в задачах атмосферной акустики, аэроакустики, а также акустики океана

Показать Аннотацию
PDF

Ультразвуковой контроль состояния волноводной конструкции

Ультразвуковой контроль состояния волноводной конструкции

И. И. Конопацкая, M. A. Mironov, П. А. Пятаков

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751304

В работе представлены результаты экспериментальных исследований возможности применения корреляционного метода для регистрации изменений состояния волновода стержневого типа под действием локального сжатия и нагрева. Показана возможность использования этого метода для контроля качества болтового соединения компонентов твердотельной волноводной конструкции.

Показать Аннотацию
PDF

Экспериментальное исследование быстрой и медленной динамики крутильных волн в поликристаллической меди

Экспериментальное исследование быстрой и медленной динамики крутильных волн в поликристаллической меди

А. И. Коробов, Н. И. Одина, Е. М. Асеев

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751305

Приведены результаты экспериментального исследования быстрой и медленной динамики крутильных волн в акустических резонаторах из поликристаллической меди двумя методами: резонансным (на частоте 3 кГц) и импульсным (на частоте 138 кГц). В обоих случаях с ростом амплитуды наблюдалось линейное уменьшение скорости крутильных волн с увеличением их амплитуды. Проведено сравнение с аналогичными результатами, полученными с использованием продольных волн. Для крутильных волн относительное изменение частоты примерно в 2 раза меньше, чем для продольных волн. При увеличении амплитуды зондирующего сигнала обнаружено нелинейное затухание как крутильных, так и продольных волн. Обнаруженные зависимости поглощения и скорости крутильных волн от амплитуды зондирующего сигнала объясняются наличием в образце структурной упругой нелинейности.

Показать Аннотацию
PDF

Распределение акустических полей обратных акустических волн по толщине пьезоэлектрической пластины

Распределение акустических полей обратных акустических волн по толщине пьезоэлектрической пластины

И. Е. Кузнецова, И. А. Недоспасов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751306

В работе исследовано влияние различных электрических граничных условий на распределение компонент механического смещения и электрического поля по толщине пластины. В результате проведенных исследований была обнаружена возможность управления глубиной проникновения и положением максимума смещения обратных волн в XY ниобате калия путем использования различных типов электрического закорачивания пластины. Полученные результаты могут быть полезны для разработки методов управления смещением частиц пьезоэлектрической среды при распространении обратных акустических волн.

Показать Аннотацию
PDF

Фазовый переход от вязко-упругости к пластичности. Описание на основе обобщенного вариационного принципа для диссипативной механики сплошных сред

Фазовый переход от вязко-упругости к пластичности. Описание на основе обобщенного вариационного принципа для диссипативной механики сплошных сред

Г. А. Максимов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751307

В докладе на основе обобщенного вариационного принципа (ОВП) для диссипативной механики сплошной среды показано, что фазовый переход от вязко-упругого поведения среды к пластическому может быть описан в терминах нелинейной релаксации внутренних микровращений материальных точек. В линейном приближении получаемые на основе ОВП уравнения движения соответствуют вязко-упругой среде, частным случаем которой является среда Максвелла с низкочастотным поведением как у обычной вязкой жидкости. В докладе показано, что за счет выбора только нужной функциональной зависимости сдвиговой нелинейности можно добиться перехода от вязко-упруго поведения среды к ее пластическому поведению с ростом сдвиговой деформации.

Показать Аннотацию
PDF

Изучение обратных сдвиговых волн в пьезоэлектрических пластинах кристаллов класса 2mm на основе асимптотического разложения дисперсионных уравнений

Изучение обратных сдвиговых волн в пьезоэлектрических пластинах кристаллов класса 2mm на основе асимптотического разложения дисперсионных уравнений

И. А. Недоспасов$^1$, В. Г. Можаев$^2$, И. Е. Кузнецова$^1$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751308

Из разложения дисперсионных уравнений вблизи точек рождения высших мод следует, что дисперсионные зависимости для изучаемых волн можно представить в виде суммы двух слагаемых, соответствующих двум различным механизмам возникновения обратных волн. Одно из них пропорционально кривизне кривой медленности в вертикальном направлении. Второе пропорционально отрицательному смещению волновых лучей при отражении. Конкуренция этих двух механизмов объясняет и описывает количественно спектр и существование обратных сдвиговых волн в случае X-среза, либо их отсутствие в случае Y-среза в пластинах кристаллов KNbO$_3$ класса 2mm.

Показать Аннотацию
PDF

Неоднородные вязкие волны, генерируемые пластинами конечных размеров

Неоднородные вязкие волны, генерируемые пластинами конечных размеров

А. С. Павловский, С. А. Июдина, Н. Г. Семёнова

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751309

Численно решена система нестационарных нелинейных уравнений, описывающих движение осциллирующей бесконечно тонкой пластины конечной длины в несжимаемой вязкой жидкости. Решение получено в виде поля колебательных скоростей вязкой волны как функции безразмерных параметров: безразмерной длины l и безразмерного колебательного смещения пластины a. Построены траектории движения частицы жидкости в таком поле. Показано, что они отличаются от прямых, перпендикулярных направлению распространения, характерных для идеализованных (линейных) поперечных вязких волн. Появляется горизонтальная составляющая колебательной скорости частицы жидкости, зависящая от величины a. Качественно проанализированы особенности скорости распространения вязкой волны, возбужденной пластиной конечных размеров.

Показать Аннотацию
PDF

Оценка геометрических и акустических параметров тонкостенных объектов с использованием волн Лэмба

Оценка геометрических и акустических параметров тонкостенных объектов с использованием волн Лэмба

Д. В. Перов, А. Б. Ринкевич, О. В. Немытова

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751310

В работе предложен алгоритм локализации дефектов в тонкостенных объектах на основе анализа дисперсионных характеристик волн Лэмба. Показано, что использование методики определения мгновенной частоты сигнала с использованием вейвлетного преобразования позволяет восстановить протяженные участки зависимостей времени групповой задержки от частоты для различных мод волн Лэмба. Дополнительным преимуществом предлагаемого метода является его высокая помехоустойчивость.

Показать Аннотацию
PDF

Вариационная модель пьезоэлектрического резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда

Вариационная модель пьезоэлектрического резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда

А. А. Теплых, Б. Д. Зайцев, А. М. Шихабудинов, И. А. Бородина

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751311

В статье представлена теория вынужденных колебаний пьезоэлектрического резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда. В основе метода лежит представление неизвестных компонент механического смещения и электрического потенциала внутри резонатора в виде линейных комбинаций ортогональных базисных функций. В качестве базисных функций для тела прямоугольной формы были выбраны полиномы Лежандра. Неизвестные коэффициенты, входящие в эти линейные комбинации определяются из условия стационарности лагранжиана, описывающего систему. В отличие от известного метода RPR (rectangular parallelepiped resonance), который позволяет рассчитать собственные частоты для свободного резонатора, представленный метод определяет распределение механических и электрических полей внутри резонатора для заданной возбуждающей частоты. Преимуществом метода является возможность использования комплексных материальных констант, что позволяет учесть вязкость и электрическую проводимость материала резонатора.

Показать Аннотацию
PDF

Уточнение материальных констант пьезокерамики ЦТС-19 при помощи акустического резонатора в виде диска

Уточнение материальных констант пьезокерамики ЦТС-19 при помощи акустического резонатора в виде диска

А. А. Теплых, Б. Д. Зайцев, А. М. Шихабудинов, И. А. Бородина

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751312

В данной работе сделана попытка уточнения материальных констант для образцов из пьезокерамики ЦТС-19 в виде диска методом широкополосной акустической спектроскопии. При помощи прецизионного LCR измерителя был измерен комплексный электрический импеданс каждого резонатора в широком диапазоне частот. Затем была создана теоретическая модель резонатора при помощи двумерного осесимметричного метода конечных элементов. При помощи данной модели была решена обратная задача с использованием алгоритма Нелдера-Мида и вычислены уточненные значения всех 10 материальных констант пьезокерамики для каждого исследованного образца. Проведено сравнение уточненных значений со значениями, ранее опубликованными в литературе.

Показать Аннотацию
PDF

Теоретический анализ крутящего момента, оказываемого закрученным ультразвуковым пучком на расположенный в жидкости поглотитель

Теоретический анализ крутящего момента, оказываемого закрученным ультразвуковым пучком на расположенный в жидкости поглотитель

М. Е. Терзи, С. А. Цысарь, П. В. Юлдашев, О. А. Сапожников

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751313

Волны любой природы переносят энергию и количество движения. При определенных конфигурациях волновых пучков возможен также перенос углового момента; такие пучки называются «закрученными». В настоящей работе исследуется способность закрученного акустического пучка мегагерцового диапазона вращать поглотитель большого размера (диаметром в несколько десятков длин волн) в жидкости. Закрученный пучок формировался в воде пропусканием ультразвукового излучения от фокусирующего пьезокерамического источника через неоднородную по толщине 12 секторную фазовую пластину из оргстекла. Пучок распространялся вертикально вверх и направлялся на акустический поглотитель в виде цилиндра диаметром 10 см и высотой 3 см, изготовленного из силиконовой резины. Поглотитель был свободно подвешен на тонкой упругой нити. Продемонстрировано, что при облучении поглотителя он приводится во вращение. С помощью сканирования акустического поля в поперечной плоскости миниатюрным гидрофоном находились двумерные распределения амплитуды и фазы волны, и на их основе рассчитывался приложенный к поглотителю момент радиационной силы пучка. Результаты расчетов находятся в согласии с проведёнными наблюдениями.

Показать Аннотацию
PDF
Шумы и вибрации

Виброакустика самолетов с двигателями нового поколения (проблемы и решения)

Виброакустика самолетов с двигателями нового поколения (проблемы и решения)

В. С. Бакланов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751401

Задача выполнения самолётами нового поколения будущих шумовых стандартов (гл. 14 ICAO) по защите окружающей среды требует перехода на двигатели большой степени двухконтурности всех типов магистральных самолётов. Вибрационный и акустические спектры турбовентиляторных двигателей большой степени двухконтурности смещаются в низкочастотную часть звукового спектра. Это вызвано снижением частоты вращения ротора вентилятора и низкочастотных составляющих возмущающего воздействия газовоздушного тракта двигателя, что будет определять характер шума самолетов и виброакустического воздействия двигателей на планер и требует нового подхода к разработке средств для снижения шума и вибрации.

Показать Аннотацию
PDF

Численное моделирование шума биротативного винтовентилятора

Численное моделирование шума биротативного винтовентилятора

И. П. Бойчук$^1$, Ю. И. Руднев$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751402

В работе предлагается численный метод моделирования шума биротативного винтовентилятора, который позволяет сочетать разумную степень точности оценки аэродинамического шума с приемлемой скоростью проведения расчетов. Это достигается в применении упрощенной схемы расчета гидродинамической задачи с использованием вихревого панельного метода и упрощенного метода Фокса Вильямса – Хоукинса (явные формулы Фарассата) для расчета акустики. Предлагаемый подход может быть использован для определения тонального шума ротора. Он характеризуется простотой реализации, высокой скоростью проведения расчетов, возможностью учета шума, возникающего при взаимодействии вихревого следа, сходящего с лопастей переднего ротора, с решеткой лопастей заднего. Данный метод применим для предварительных оценок шума на этапе проектирования.

Показать Аннотацию
PDF

Исследование акустического импеданса отверстия при высоких уровнях звука

Исследование акустического импеданса отверстия при высоких уровнях звука

А. И. Быков$^1$, А. И. Комкин$^1$, М. А. Миронов$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751403

Исследовано влияние амплитуды звукового давления на акустический импеданс поперечной перегородки с отверстием в канале. Получены зависимости мнимой и действительной частей импеданса для различных отношений диаметра отверстия к диаметру канала на нелинейных режимах.

Показать Аннотацию
PDF

Технология расчета вибраций и звукоизлучения конструкций морских сооружений

Технология расчета вибраций и звукоизлучения конструкций морских сооружений

Е. А. Завгородний

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751404

Показана возможность точного решения задач вибраций и звукоизлучения конструкций бесконечных пластин, соединенных круговыми инерцион-ными связям, в акустических средах с использованием одномерных преобразований Бесселя. Выявлена роль резонансов участков пластин на звуковые и вибрационные поля конструкции. Результаты могут быть использованы при проектировании конструкций судов и морских сооружений.

Показать Аннотацию
PDF

Акустическое и сейсмическое поле движущихся источников шума и вибрации (регистрация решеткой микрофонов и сейсмической косой)

Акустическое и сейсмическое поле движущихся источников шума и вибрации (регистрация решеткой микрофонов и сейсмической косой)

Ю. М. Заславский, В. Ю. Заславский, А. М. Соков

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751405

Выполнен многоканальный прием акустических и сейсмических сигналов, порождаемых легковым автомобилем, быстро движущимся по автостраде. Внешний акустический шум и техногенные сейсмические сигналы зарегистрированы продольной антенной микрофонов и косой сейсмоприемников. На основе фазовой перестройки в спектрах регистрируемых акустических сигналов (при их обработке) построены веерные диаграммы, указывающие текущее направление на движущийся объект. Для контроля его скорости используется тонкий спектральный анализ и доплеровское смещение частот дискретных компонент в спектре внешнего шума. По результатам регистрации сигналов на косу сейсмических приемников построена картина поля, на которой формируются волновые годографы, по линиям которых обеспечивается прогноз направления движения объекта и оценка его скорости, используемая для верификации данных акустической регистрации, а также возможно получение информативных признаков, необходимых для его классификации.

Показать Аннотацию
PDF

Использование методов искусственного интеллекта для оценки технического состояния движительно-рулевой колонки (ДРК) по вибрационным характеристикам

Использование методов искусственного интеллекта для оценки технического состояния движительно-рулевой колонки (ДРК) по вибрационным характеристикам

В. В. Макаров

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751406

Дана подробная характеристика основных источников повышенной вибрации в ДРК. Рассчитаны основные частоты источников вибрации ДРК. По результатам испытаний на заводе изготовителе проведена идентификация источников вибрации. С помощью нейросетевых методов разработан алгоритм диагностики технического состояния ДРК по вибрационным характеристикам.

Показать Аннотацию
PDF

Особенности спектров фильтрационных шумов в естественных и искусственных пористых средах

Особенности спектров фильтрационных шумов в естественных и искусственных пористых средах

Е. А. Марфин$^1$, Т. А. Кирпичникова$^2$, И. С. Метелёв$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751407

Фильтрация флюидов в пористых средах вызывает генерацию гидродинамических шумов. В работе экспериментально исследованы особенности спектральных характеристик таких шумов в различных образцах пористых сред. Использованы образцы с различными значениями пористости и проницаемости. Установлена взаимосвязь характерных частот шумов с фильтрационными свойствами пористых кернов. В частности показано, что скорость фильтрации влияет только на интенсивность фильтрационного шума, при этом характерные частоты не меняются. Увеличение проницаемости пористого образца приводит к смещению основного пика в спектре фильтрационных шумов в область высоких частот.

Показать Аннотацию
PDF

Технология создания виброакустической защиты судового оборудования, как совокупность расчетных и экспериментальных методов

Технология создания виброакустической защиты судового оборудования, как совокупность расчетных и экспериментальных методов

С. В. Попков

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751408

Для создания виброакустической защиты судового оборудования необходимо учитывать потоки колебательной энергии, распространяющиеся от источников через опорные и неопорные связи, и в виде воздушного шума. Предложен перечень расчетных методов, используемых при создании виброакустической защиты. Представлены номенклатура виброакустических параметров оборудования и перечень динамических характеристик средств виброакустической защиты, для определения которых необходимо использовать экспериментальные методы и стендовую базу для проведения измерений.

Показать Аннотацию
PDF

Сравнительное исследование характеристик эффективности антивибрационных рукавиц и перчаток различных конструкций

Сравнительное исследование характеристик эффективности антивибрационных рукавиц и перчаток различных конструкций

В. В. Смирнов$^1$, П. Ю. Булдаков$^2$, С. Н. Бухаров$^3$, Ю. Н. Вьюненко$^4$, Е. А. Хлопков$^2$

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751409

Проведено определение защитных свойств различных конструкций антивибрационных (АВ) рукавиц и перчаток. Измерения проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 12.4.002-97 «Средства защиты рук от вибрации. Технические требования и методы испытаний». Наиболее высокие защитные свойства отмечены у изделий с гелевыми материалами и комбинированными АВ-элементами. Единой закономерностью для всех средств защиты явился их низкий уровень гашения вибраций в низкочастотной и среднечастотной областях спектра (8 – 63 Гц). Наиболее высокие характеристики в этом частотном диапазоне отмечены у рукавиц «Турбо-Донбасс», их эффективность достигала 3-4 дБ. Повышение демпфирующих свойств средств индивидуальной защиты (СИЗ) достигается выбором геометрических параметров упругих деталей конструкций АВ-элементов и комбинацией материалов с различными вязко-упругими свойствами.

Показать Аннотацию
PDF

Теоретические и~практические вопросы создания малошумного энергетического объекта

Теоретические и~практические вопросы создания малошумного энергетического объекта

В. Б. Тупов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751410

Штатная эксплуатация энергетических объектов (котельных, тепловых электрических станций, трансформаторных подстанций и других) является причиной превышения шумовых санитарных норм в окружающем районе. Актуальность проблемы обусловлена тем, что большинство энергетических объектов находятся в городах рядом с жилыми районами. Рассмотрены теоретические и практические вопросы создания малошумного энергетического объекта. Показано, что создание математической модели энергетического объекта позволяет рассматривать влияние лимитирующих факторов на создание малошумного объекта, а именно: количества источников шума, шумовых характеристик источников, место расположения источников на территории объекта, режима работа оборудования, фактора направленности, от ориентации энергетического объекта по отношению к жилому району и других факторов. Для каждого типа энергетического объекта выделены группы источников шума и рассмотрены характерные меры по шумоглушению. Важным моментом по созданию малошумного энергетического объекта является комплексное применение мер по шумоглушению.

Показать Аннотацию
PDF

О предельных возможностях систем активного гашения Звуковых монохроматических сигналов

О предельных возможностях систем активного гашения Звуковых монохроматических сигналов

И. Ш. Фикс, Г. Е. Фикс

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751411

Применительно к задачам звукоизоляции устройств, излучение которых в основном происходит на дискретных частотах, описана система активного гашения (компенсации) звука во внешнем пространстве. Принцип работы системы основан на создании системой управляемых излучателей компенсирующего поля, инверсного по отношению к полю первичного источника. Компенсирующее поле формируется на монохроматической частоте, совпадающей или достаточно близкой к частоте компенсируемого сигнала, которая должна быть известна или измерена заранее. Исследована эффективность системы при компенсации сигналов с неточно известной частотой.

Показать Аннотацию
PDF

Роль реактивного элемента в системе шумоглушения авиационного двигателя

Роль реактивного элемента в системе шумоглушения авиационного двигателя

Ю. Д. Халецкий, Я. С. Почкин

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751412

В качестве глушителей шума авиационных двигателей широко используются сотовые звукопоглощающие конструкции (ЗПК), в последние годы - двухслойные. Разработанная в ЦИАМ конструкция глушителя представляет собой комбинацию традиционных сотовых двухслойных ЗПК и реактивного элемента в виде решетки пластин. Эксперименты показали, что в частотном диапазоне наибольшей чувствительности человеческого уха комбинированный глушитель снижает шум вентилятора на 2-3 дБ больше, чем сотовые двухслойные ЗПК той же длины. Эксперименты были проведены с использованием модели вентилятора авиационного двигателя в качестве источника шума. Другой реализацией реактивного глушителя являются надроторные устройства (НРУ), которые в авиационных двигателях нашли применение в качестве средства повышения газодинамической устойчивости компрессоров. Одной из наиболее успешных конструкций НРУ стала щелевая проставка, устанавливаемая над рабочим колесом. Было исследовано влияние надроторного устройства на шум осевого вентилятора современного авиадвигателя, а также на шум биротативного закапотированного вентилятора. Представлены результаты исследования влияния НРУ на шум модели биротативного закапотированного вентилятора при варьировании конструктивных параметров НРУ.

Показать Аннотацию
PDF

Теория Флоке в анализе виброизоляции

Теория Флоке в анализе виброизоляции

А. А. Хватов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751413

Усиленный интерес к периодическим структурам возник в начале 50-х годов XX века. После классической работы Леона Бриллюэна было сделано множество исследований в этой области. Однако, в области периодических структур наблюдается недостаток работ и исследований, обладающих математической строгостью. В рамках настоящей статьи будет рассмотрена связь волновых свойств бесконечного волновода и его конечной части на примере некоторых дифференциальных операторов, используемых в акустике.

Показать Аннотацию
PDF

Оценка влияния сверхзвукового потока на акустическое поле внутри фюзеляжных конструкций

Оценка влияния сверхзвукового потока на акустическое поле внутри фюзеляжных конструкций

В. Е. Хроматов

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751414

В работе исследуется влияние аэродинамического давления на упруго-акустические колебания цилиндрических оболочек, находящихся в контакте со звукоизолирующим слоем, обтекаемых сверхзвуковым потоком газа и находящихся в поле случайных внешних сил. Дополнительное аэродинамическое давление учитывается по поршневой теории. Получены соотношения для спектральных плотностей и дисперсии перемещений точек срединной поверхности оболочки, дисперсии давлений акустической среды.

Показать Аннотацию
PDF

Проектирование защиты от производственного шума

Проектирование защиты от производственного шума

И. Е. Цукерников, И. Л. Шубин, Т. О. Невенчанная

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751415

Дана историческая справка о действовавших с 1977 г. национальных нормативно-технических документах в области проектирования защиты от производственного шума. Рассмотрены основные положения и особенности свода правил СП 254.1325800.2016, введенного в России в феврале 2017 г. Приведен регламентированный сводом правил перечень работ и рекомендованные методы их выполнения при проектировании защиты от шума, создаваемого производственным оборудованием, для обеспечения санитарных норм шума на рабочих местах, расположенных в помещениях и на территории предприятий и организаций. Даны правила выполнения акустических расчетов, правила подбора и размещения малошумного оборудования, а также проектирования мероприятий по снижению шума средствами строительной акустики.

Показать Аннотацию
PDF

Измерения и анализ вибрации, вызванной движением поездов метрополитена на близлежащие здания и разработка мероприятий по их снижению

Измерения и анализ вибрации, вызванной движением поездов метрополитена на близлежащие здания и разработка мероприятий по их снижению

В. А. Смирнов, И. Е. Цукерников

Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2017. № 5. 1751416

В работе представлены результаты исследования процессов распространения колебаний от поездов Калужско-Рижской линии Московского Метрополитена. Основной целью работы является разработка эффективных мероприятий, позволяющих снизить вибрацию перекрытий и структурного шума в проектируемых зданиях, расположенных вблизи линий метрополитена. Рассматриваемый жилой комплекс состоит из 6-ти секций, расположенный в 15 – 52 метрах от туннелей метро. Проведённые полевые измерения позволили определить вибрацию поверхности грунта и несущих элементов присутствующих на площадке строительства старых зданий в момент прохождения поездов, а также вычислить передаточные коэффициенты с поверхности грунта на несущие элементы здания. Основными этапами при пересчёте уровней вибрации грунта к уровням вибрации перекрытий являются: 1) определение величины снижения вибрации при переходе от поверхности грунта на фундамент жилого здания; 2) определение потерь колебательной энергии по конструкции здания; 3) определение величины резонансного увеличения колебаний центра плиты перекрытий, по сравнению с колебаниями опорного контура. Полученные в работе коэффициенты передачи могут быть использованы для прогноза уровней вибрации в схожих зданиях и расположенных вблизи линий метрополитена. Расчёт уровней вибрации несущих элементов здания оценивается на соответствие санитарным нормам. Предлагаются мероприятия по снижению уровней вибрации и оценивается их эффективность.

Показать Аннотацию
PDF