автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.06, диссертация на тему:Экспериментальное исследование и разработка параметрических антенн с приграничными пузырьками в области взаимодействия волн накачки

^ ¿«ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

^ ^'радиотехнический университет

л #

ее

^ На правах рукописи

КАБАРУХИН Юрий Иванович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗ Р А Б ОТ К А И ЛРА МЕ Т РИ Ч Е С К И X А Н Т Е Н Н С ПРИГРАНИЧНЫМИ ПУЗЫРЬКАМИ В ОБЛАСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОЛН НАКАЧКИ

Специальность 05.11.06. - Акустические приборы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог - 1997

Работа выполнена к Таганрогским Государственном р:шп>че\!1Нчсско университете.

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор, академик АЕН РФ

В.И.ТИМОШЕНКО (ТРТУ, r.Tai aiipoi ).

Офицнальные оппоненты:

доктор технических паук, профессор-'

К.В.ФИЛАТОВ (ТРТУ, r.Taraiipoi к

кандидат технических паук, старший научный сотрудник

В.П.УСОВ (НИИ "Брит". I .Taranpoi г

Ведущая органи.чаиия укачана г, решении совета.

Зашита состоится " £é> " U-hQKJt___]'J97 i. i: /? °° чаюй

на заседании диссериишоняою совета К063.13.03. TaïaiipoicKoio Государственного радио технического yiiiiuepcine га. Адрес: 347928, Таганрог Ростовской области. ГС'ТГГ/а. пер. Некрасовским, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке yiinaqicmeia. Автореферат' разослан " 2-Ь " M-tlJi___1ЧЧ7 i.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент ПЕТРОСЯИ Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуалыюстъ проблемы.

В настоящее время гидроакустические средства приобретают все большее значение для решения задач освоения Мирового океана, являющегося одним из основных источников биологических и минеральных ресурсов. Основным элементом гидроакустической аппаратуры является антенна. Современные достижения в области практических приложении нелинейной акустики ограшпнтаготся, главным образом, параметрическими антеннами, работа которых основана на эффекте генерации излучения гавкои частоты при распространении в среде интенсивных высокочастотных волн накачки (ВН). Особенностью параметрических антенн (ПА) является их "бестелесность", т.е. наличие достаточно протяженной области перед излучателем, в пределах которой происходит' нелинейное взаимодействие волн накачки. Зона взаимодействия является неотъемлемой составной частью ПА, поэтому всякое изменение свойств среды в этой области, обусловленное, например, наличием различных неоднородностей в виде газовых пузырьков либо пузырьковых слоев существенно влияет на характеристики ПА. В этой связи становится актуальной задача исследования влияния пузырьковых областей и слоев на характеристики параметрических антенн.

Интерес к исследованиям ПА в средах с высокой акустической нелинейностью обусловлен возможностью использования таких сред для повышения эффективности ПЛ. Кроме того, возможность использования заданных конфигураций нелинейной области, например, в виде нелинейного пузырькового слоя, значительно расширяет число нелинейных эффектов, возможных в таких системах. Так, например, на нелинейном пузырьковом слое реализуется взаимодействие неколлипеарных звуковых волн, запрещенное условиями синхронизма в акустике однородной среды. Такие взаимодействия могут быть использованы для создания высокоэффектных параметрических излучателей (ПИ) звука с частотным сканированием диаграммы направленности (ДН), а также систем, обращающих волновой фронт акустических волн. Таким образом, исследование нелинейных эффектов, реализующихся на слоях приграничных пузырьков, расположенных в области взаимодействия волн накачки ПИ, представляет интерес как с научной, так II с практической точек зрения.

Целью диссертационной работы являлось

-теоретическое и экспериментальное исследование параметрического излучения, формирующегося при взаимодействии акустических волн на приграничных пузырьках.

Основными задачами исследований являлись:

- разработка методов и создание устройств для формирования стабильных н устойчивых пузырьковых слоев;

- теоретическое'рассмотрепие влияния пузырьковых слоев на характеристики параметрических антен;

- разработка методики и экспериментальной установки для проведения исследований;

- экспериментальное исследование влияния слоев приграничных пузырьков на характеристики параметрических антенн и на прохождение через них акустического излучения;

- разработка параметрической антенны с приграничными пузырьками и

устройств, использующих эффекты, обусловленные взаимодействием акустических волн на приграничных пузырьках.

Новые научные результаты:

1. Предложен и экспериментально проверен способ повышения энергетической эффективности ПИ звука с сохранением высокой направленности излучения, заключающийся во введении в область взаимодействия волн накачки приграничных пузырьков, формирующихся с помощью электролиза на поверхности токонроводящеи звукопроводящей пластины-границы.

2. Предложен и экспериментально опробован снособ оперативного управления направленностью параметрического излучения, формирующегося на приграничных пузырьках, заключающийся во введении в область взаимодействия волн накачки ПИ звука токонроводящеи звукопроводящей пластины, па которой они образуются, и изменении ее конфигурации.

3. Экспериментально исследована и подтверждена возможность повышения энергетической эффективности ПИ звука со слоем приграничных пузырьков (СПП), работающего в традиционных режимах: самодетектирования, излучения гармонических составляющих волны конечной амплитуды (BKA), излучения волны разностной частоты (ВРЧ), излучения волны суммарной частоты (ВСЧ).

4. Предложен и экспериментально исследован способ создания звукозатухания и управления звукозатуханием па токонроводящеи пластине в жидкости, заключающийся в подаче Fia нее импульсного электролизного напряжения и изменешш его параметров (амплитуды, длительности и скважное m импульсов напряжения).

5. Экспериментально исследовано взаимодействие пересекающихся акустических пучков на слое приграничных пузырьков и продемонстрирована возможность использования этого эффекта для сканирования диаграммой направленности ПИ звука со СПП и обращения волнового фронта (ОВФ) акустической волны.

6. Разработаны устройства, использующие эффекты, обусловленные взаимодействием акустических волн на СПП.

7. Разработан, создан н внедрен на ПСЗ "Янтарь" ПИ звука со СПП, входящий в состав высоконаправлеиного широкополосного низкочастотного излучающего комплекса, применяющегося для измерения характеристик гидроакустических устройств.

Практическая ценность работы.

Создан новый тип устройств с параметрическими излучающими антеннами со СПП в области взаимодействия волн накачки. Работа выполнена на уровне изобретений (Патенты №№ 1796064,1767522, 1809404, 1838800, 1824648, 1810861, 1796065, 2010262, 2006073, 2011205, 2035769, 2040014, 2057372).

Выполненные в работе экспериментальные исследования нелинейною взаимодействия акустических волн в нелинейном СПП могут быть использованы:

-при создании высокоэффективных параметрических излучателей звука с высокой направленностью и управляемой энергетической эффективностью;

-прн создании ПИ звука с управляемой диаграммой направленности;

-при диагностике нелинейных, например, пузырьковых слоев;

-при создании акустических преобразователей спектра акустических сигналов.

Экспериментальные исследования взаимодействия пересекающихся пучков в нелинейном слое иллюстрируют возможность создания ПИ звука с частотным сканированием ДН, а также устройств, использующих обращение волнового фронта и фокусировку звукового пучка.

Экспериментальные исследования затухания звука на СПП могут быть

использованы для создания высокоэффективных резонансных звукопоглощающих систем, жтшякшшх существенно снизить уровни звукового давления, например, собственных низкочастотных помех носителя, в частности, на дискретных частотах в акустическом обтекателе в месте расположения приемного преобразователя гидроакустической аппаратуры, что повышает ее дальность действия без увеличения уровня излучаемого сигнала, и т.п.

Со'пшшыи параметрически» излучатель звука со СПП может быть использован для гидроакустических, излучающих трактов различного назначения: в рыбопоисковой аппаратуре, в геолокацин, в прецизионных эхолотах н гидролокаторах, для передачи широкополосной телеметрической информации, для обеспечения навигации, в качестве измерительных широкополосных излучателей и для многих других важных приложений в подводной акустике.

Внедрение результатов работы.

Полученные в диссертационной работе результаты напши применение в виде внедрения высоконаправлешюго широкополосного измерительного параметрического излучателя в составе измерительно» установки для измерения характеристик гидроакустических устройств. Экономический эффект от внедрения комплекса составил 1314 тыс. рублей.

Создана и внедрена в учебный процесс на кафедре ЭГА и МТ Таганрогского Государственного радиотехнического университета лабораторная установка по изучению студентами старших курсов параметров ПИ со СПП. Акты впедрения и технико-экономической эффективности созданных приборов представлены в диссертации.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на VI межведомственной конференции по нонешним достижениям в морской геологии, Санкт-Петербург, 1994 г.; на III конференции стран СНГ по морской сейсмологии и сейсмометрии, Москва, 1993 г.; на научно-технической конференции стран СНГ по проблемам метрологии гидрофизических измерений, Москва, 1992 г. ; на областных научно-технических конференциях, посвященных Дню радио, Росгов-на-Дону, 1991 - 1993 it.; на IV научно-технической конференции по передаче, приему и обработке сигналов в радиотехнических системах и устройствах, Ростов-на-Дону, 1991 г. ; на 30 - 32 научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников Таганрогского радиотехнического института им. В.Д.Калмыкова в 1989 - 1992 тт. ; на 27 ,28 и/т конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников Калининградского Госуииверситета, 1996, 1997гг. ; на научных семинарах кафедры электрогидроакустнческой и медицинской техники Таганрогского Государственного радиотехнического университета в 1993 - 1997 гг.

Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 27 печатных работ.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов основного текста, заключения, списка литературы, включающего 149 наименований и приложений. Содержание диссертационной работ изложено на 229 страницах; включая 126 страниц машинописного текста, 77 страниц с рисунками, 16 страниц с списком литературы и 10 страниц с приложениями.

В диссертации защищаются следующие научные положения:

- способ повьпнешгя энергетической эффектттвности ПИ звука с сохранением высокой направленности излучения, заключающийся во введении в область

взаимодействия волн накачки приграничных пузырьков, формирующихся е помощью электролиза на поверхности токопроводящей звукопроводящей пластины-границы;

- способ оперативною управления направленностью нараметрнческоге излучения, формирующегося на приграничных пузырьках, заключающийся не введении в область взаимодействия волн накачки параметрического источник; звука токопроводящей звукопроводящей пластины, на которой они образуются, и изменении ее конфигурации;

- экспериментальное подтверждение возможности повышения энергетической эффективности ПИ звука со СПП в режимах: самодетектирования, излучения гармонических составляющих BKA, излучения ВРЧ, излучения ВСЧ;

- способ создания звукозатухания и управления затуханием звука ня токопроводящей пластине в жидкости, заключающийся в подаче на net импульсного электролизного напряжения и изменении его параметров (амплитуды длительности и скважности);

- результаты экспериментальных исследований взаимодействие пересекающихся акустических пучков на СПП и демонстрация возможности использования этого эффекта для сканирования диаграммой направленное in (ДН ПИ звука со СПП, обращения волнового фронта и фокусировки акустической волны на СПП;

- результаты экспериментальных исследований влияния слоев приграничные пузырьков в области взаимодействия волн накачки ПИ звука на егс характеристики;

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении, первом разделе диссертации, обосновывается актуальность ее темы, формулируется ее цель, приводится краткое содержание диссертации не главам.

Второй раздел работы посвящен обзору публикаций но исследовании влияния пузырьков ira характеристики ПА. Анализ литературных источниког показал, что имеется большое количество работ по изучению характерны ПА i пузырьковых средах. В то же время публикаций, посвященных исследовании взаимодействия акустических волн на нелинейные слоях, например, пузырьковых сравнительно мало. Патентный поиск по практическому использовании нелинейных эффектов на пузырьковых слоях в гидроакустике подтверди/ отсутствие исследований ПИ звука с СПП в области взаимодействия волн накачки формирующимися в результате электролиза на поверхности токонроводящш звукопроводящих пластин. Практически не исследованы спектральные i пространственные характеристики ПА с пузырьковыми слоями в обласи взаимодействия волн накачки. Не исследованы временные зависимости п шепенш уровня звукового давления (УЗД) в параметрическом излучешш, формирующем« на приграничных пузырьках, образующихся с включением электролизного тока Отсутствуют исследования о влиянии изменения конфигурации электролизное пластины-границы, на которой формируются приграничные пузырьки, ш направленность параметрического излучения, формирующегося на них Недостаточно полно выяснена сущность физических явлений и закономерностей имеющих место при взаимодействии акустических волн на приграничные пузырьках. Отсутствуют исследования по затуханию звука на приграничные пузырьках, его особенностей и закономерностей. Из известных теоретические моделей наиболее подходящей для описания излучения разностной частоты формирующегося на пузырьковом слое, является модель, представленная в работе (Назаров В.Е., Суши A.M. Характеристики параметрического излучателя звук;

с пузырьковым слоем и дальпой зоне. - Акуст. журн., 1984'т. 30, №6, с. 803807).

Анализ мнем счисленных публикаций по вопросам практической реализации устройств на основе нелинейного взаимодействия акустических волн на приграничных пузырьках показал, что имеющиеся в литературе сведения не дают представления о структуре построения и возможностях использования параметрических излучающих трактов с приграничными пузырьками в области взаимодействия волн накачки в традиционных режимах: самодетектирования, излучения гармонических составляющих BKA, излучения ВРЧ и ВСЧ. В процессе проведения натстиого поиска способов шш устройств, использующих эффекты, обусловлешгые взаимодействием акустических волн на нршраничных пузырьках, не обнаружено.

На основе проведенного обзора сделан вывод об актуальности и целесообразности исследований по теме диссертационной работы.

В третьем разделе представлены результаты теоретического рассмотрения характеристик ПА в режиме излучения ВРЧ. Основным результатом в разделе следует считать разработку номограмм для инженерного расчета диаграмм направленности ПИ с СПП в области взаимодействия волн накачки.

В и. 3.1 из анализа методов расчета характеристик ПИ с приграничными пузырьками была выбрана модель полученная Назаровым В.Е. и Сутиным A.M. в приведенной выше работе. Результаты экспериментальных исследований показали, что эта модель хорошо описывает характеристики излучения разностной частота, фордшруюшегося на нршрашгчных пузырьках в случае, если пузырьки формируются на достаточно тонкой пластине-границе, толщина Ii которой много меньше длин воли накачки Äi,2 в материале пластины h«Xi,2. Пластина с такой толщиной практически звукопрозрачна для высокочастотных волн накачки с частотами 0)i И (1)2, и тем более для низкочастотных волн разностной частоты

О,—0)i - (1)2 , формирующихся на пршраничных пузырьках, образующихся на этой пластине. В этом случае влиянием плаепшы можно пренебречь и амплитуда давления в излучении разностной частоты (РЧ) на оси Po(Rn) и диаграмма направленное in D(ö) такого излучателя определяются известными выражениями:

(1)

(2)

,.где

Ры=2А1А2 ^ £* О-У- \l-exp \-(2а-ах )/Т1 ехр(-а*1)

с4ряХ Г Л

- поле волны разностной частоты на оси, определяемое моделью Вестервельт; для пузырькового слоя толщиной амплитуды звукового давления в волна}

накачки, Е х - параметр нелинейности поожидкостнои С1теды, (Хь - коэффициен"

затухания на пузырьковом слое волны разностной частоты, СС1~СС2~(Х коэффициент затухания волн накачки на пузырьковом слое, а -радиус излучателя С,р - скорость звука и плотность в жидкост и без пузырьков, Яо - расстояние ш оси от пузырькового слоя до точки наблюдения, к— О./с- волновое числс волны разностной частоты, к 1,2=0)1,2/0 - волновое число волны накачки, (1 расстояние от излучателя накачки до пузырькового слоя.

Выражение (2) использовалось для рассчета номофамм. Диапазон измепенш параметров при расчетах выбирался характерным для измерительных излучателей шаг изменения параметров выбирался таким, чтобы можно было провесп линейную интерполяцию между двумя точками. В результате вычислени: построены номограммы для расчета ширины диаграммы направленности П Р звука со СПП, расположенном на различных растояниях от излучателя накачки Номограммы позволяют в течение короткого времени рассчитать ширин; диаграммы направленности ПИ с различными расстояниями до СПП. Номограммь позволяют судить о закономерностях процессов геиеращш ВРЧ. Например, лидно что направленность ПИ с СПП с увеличением расстояния от излучателя до СПГ возрастает, что обусловленно увеличением ширины "засвеченной" области слоя В п. 3.2 рассматривается взаимодействие пересекающихся акустически? воли на приграничных пузырьках. Показано, что озвученным участка пузырькового слоя симметрично, вперед и назад, излучается волна разностнот частоты Х2под углом 9з, который определяется условием синхронизма в шюскоетт слоя

(4)

кЫпО^Шпв^КШ)*

где к 1.2, К -волновые числа волн накачки и волны разностной частоты, О/ в2 - углы падания на СПП первичных волн. Изменяя соотношения первичны: частот О) 1,(1)2 , можно менять угол излучения волны разностной частоты и тел самым сканировать диаграммой направленности излучателя.

Указывается на возможность обращения волнового фронта и фокусировкт звукового пучка на СПП при взаимодействии в нелинейном слое квазиплоскот волны накачки, нормально падающей на него, и сферической сишалыюн волны Из выражения (4) видно, что при 01 = 0°, 2(1)2 =0)1 получается, что 0, = 0)2, <

03=-92 , 03=71+02. Волна, формируемая слоем под углом 0з=—02

распространяется в обратном направлении к сишалыюн н соответствует волне < обращенным волновым фронтом. Вторая волна, излучаемая иод углол

0ъ=71 + 0г, соответствует повороту направления распространения сш налык«

волны. Если сигнальная полна - сферическая, то обе волны будут фокусироваться: первая в точку излучения, вторая - точку, симметричную относительно слоя.

Четвертый раздел посвящен описанию результатов экспериментальных исследований ПА со СПП в традиционных режимах работы и взаимодействия акустических волн на приграничных пузырьках.

В и. 4.1 описывается схема экспериментальной установки, приводятся характеристики и параметры устройств, изготовленных автором.

В п. 4.2 рассматриваются особенности методики проведения экспериментальных исследовании, обосновывается конструкция электролизных пластин. Указывается на особое внимание, которое уделялось контролю нешшейносги аппаратуры и контрольным экспериментам, позволяющим отделить нелинейные эффекты в среде ог нелинейных взаимодействий в аппаратуре.

В н. 4.3 экспериментально подтверждается возможность создания высокоэффектного стабильного параметрического излучения на приграничных пузырьках, исследуются особенности его формирования. Отмечается, что в процессе исследования ПИ с СПП в момент включения электролизного тока был обнаружен аномальный рост на 20 - 40 дБ УЗД в параметрическом излучении разностной частот, формирующемся на озвученном участке пузырькового слоя.

Увеличение звукового давления в параметрическом излучении связывается с формированием оптимальной структуры слоя, который обладает высокой акустической нелинейностью. Полагается, что поскольку при электролизе скорость роста газовых пузырьков одинакова, то через некоторое время после включения тока прак тически все пузырьки одновременно достигаю т одгатаковых размеров, резонансных частоте волн накачки. Это подтверждается тем, что в эксперименте одновременно с ростом на 20 - 40 дБ давления в параметрическом излучении комбинационных частот регистрируется уменьшение на 30 - 50 дБ УЗД в ВИ, что возможно только в случае резонансного поглощения звука. Т.о., при включении тока на поверхности пластины формируется СПП с высокой нелинейностью, обусловленной, высокой концентрацией практически монорадиусных пузырьков, резонансных частоте ВН, которые располагаются в непосредственной близости друг от друга в одной плоскости.

Экспериментально выявлены зависимости УЗД в излучении РЧ, формирующемся на СПП от:

-моментов включения и выключения тока, а также ог параметров импульсного тока. Показано, что при кра тковременных включениях тока на время, необходимое для достижения максимального УЗД в ВРЧ, осуществляемых с постоянной скважностью, возможно периодическое в моменты включения тока увеличение УЗД в ВРЧ в одно и то же число раз;

-от силы электролизного тока. Показано, что с уменьшением тока рост УЗД в ВРЧ замедляется, уменьшается и его максимальное значение, при этом существует оптимальное значение тока, при котором возросший УЗД в ВРЧ остается практически неизменным в течение сколь угодно длительного промежутка времени, пока на пластпну подается постоянное напряжение;

-от газового состава СПП. Показано, что при одинаковой плотности тока излучение РЧ, образующееся на водородных СПП, формируется быстрее и эффективность преобразования энергии ВН в энергию ВРЧ на водородных пузырьках выше, чем на кислородных. В то же время излучение РЧ, формирующееся на кислородных пузырьках, при достижении максимального уровня более стабильно и долговечнее излучения, формирующегося на водородных СПП;

-от толщины электролизной пластины и расположения СПП по отношению к излучателю ВН. Показано, что максимальная эффективность' преобразования

энергии ВН I) энергию ВРЧ, формирующейся на СПП, реализуется при использовании тонких Iгласит, толщина которых h много меньше четерти

длины волны накачки X и в материале пластины: )l«Xij4 , и на СПП, обращенных к излучателю.

В и. 4.4 исследуется аномально высокое на 40 -50 дБ затухание звука па СПП, которое объясняется высокой концентрацией резонансных пузырьков в слое, расположенных в непосредственной близости друг от друга в одной плоскости.

Выявлены зависимости затухания звука на СПП:

-от газового состава СПП. Показано, что при одинаковой плотности гока слой водородных пузырьков формируется быстрее, и эффективность звукозатухания на нем на 6 - 8 дБ выше, а слой кислородных пузырьков более стабилен во времени и значительно долговечнее;

-от расположения СПП по отношению к излучателю, и УЗД в зондирующем излучении. Показано, что с уменьшением давления в области СПП затухание звука на СПП увеличивается, этим объясняется рост затухания звука на СПП, отделенных от излучателя пласшной;

-от силы электролизного тока. Показано, что с ростом тока растет скорость формирования оптимальной структуры СПП и величина затухания звука на них;

-от частоты излучения. Показано, что с понижением частоты сигнала возрастает временной интервал, необходимый для формирования оптимальной структуры СПП, а величина затухания звука на них уменьшается;

-от числа электролизных пластин и их толщины. Показано, что с ростом числа пластин затухания звука на системе СПП возрастает. Максимальное затухание звука реализуется на четвертьволновых пластинах, т.е. на пластинах, толщина которых равна четверти дайны волны излучения, распространяющихся через них;

-от длительности и скважности импульсов электролизного тока. Показано, что увеличение скважности импульсного тока приводит к уменьшению средней величины затухания на СПП. Подтверждена возможность управления величиной затухания звука на приграничных пузырьках, формирующихся на токопроводящих звукопроводящих электролизных пластинах, за счет управления параметрами импульсного тока, подаваемого на них.

Исследования затухания звука на СПП проводились в широком диапазоне частот от 3 до 300 кГц. Выявлено, что если на высоких частотах (150 - 300 кГц) возможно получение затухания звука на 50 и вьине дБ на одном СПП, то для получения такого затухания на НЧ ( 3 кГц ) требовалась система из шести паралелытых СПП, "связанных" (илаеттшы перед включением тока покрывались тонким слоем технического масла, что препятствов&чо преждевременному отрыву пузырьков с поверхности пластин и они достигали размеров, резонансных частоте распространяющегося через них излучения) с электролизными пластинами.

В н. 4.5 экспериментально исследовалась возможность оперативного управления направленностью параметрического излучения, формирующегося на СПП за счет изменения разностной частоты и расстояния от излучателя накачки до СПП. В эксперименте с включением электролизного тока 10 А на поверхности плоской алюминиевой пластсшы размерами 1 х 1 м толщиной 1мм, находящейся на расстоянии длины зоны дифракции для ВН ['g—ClО)/2С в течение долей секунды образовывался СПП, резонансных средней частоте О)—260 кГц. В результате рост давления в излучении РЧ 20 кГц составил 22 дБ. Также быстро

б течение долен секунды увеличилась ширина ДН излучения РЧ по уровйю 0,7 с 7° в волне РЧ 20 кГц, прошедшей через пластину, до 27° в формировавшемся на приграничных пузырьках излучении.

Экспериментально продемонстрирована возможность управления направленностью параметрического излучения, формирующегося на приграничных пузырьках, образующихся на токопроводящей звукопроводящей пластине, за счет изменения конфигурации пластины.

В п. 4.6 приведены результаты экспериментальных исследований ПИ звука со СПП в режиме самодетектирования. Преобразователь накачки излучал прямоугольные радиоимпульсы длительностью 0,1 мс с частотой заполнения 250 кГц. При самодегектировашш импульсов накачки па озвученном участке СПП формировалось широкополосное низкочастотное видеоимнульсное излучение в виде сдвинутых во времени противофазных скачков акустического давления. Регистрация УЗД в спектральных составляющих самодетектировашюго излучения осуществлялась в реальном масштабе времени в третъоктавных полосах частот с среднегеометрическими частотами от 2 до 80 кГц. С включением электролизного тока был обнаружен рост УЗД в елмодетектпровашюм излучении па 6 - 23 дБ но всем контролируемом диапазоне частот.

Выявленные временные зависимости УЗД в спектральных составляющих самодетектировашюго излучения, формирующегося на СПП, от их газового состава, от сшил электролизного тока, от числа СПП и расстояния между ними практически гге отличаются от аналогичных зависимостей для ПИ звука с СПП, работающего в режиме излучения ВРЧ.

В п. 4.7 исследовался ПИ с СПП в режиме излучения гармонических сост авляющих BKA. Излучались прямоугольные радиоимпульсы длительностью 0,6 мс с частотой заполнения 260 кГц. Звуковое давление в гармонических составляющих BKA регистрировалось на частотах 520, 780, 1040, 1300 кГц. С включением электролизного тока был обнаружен рост УЗД в гармонических составляющих BKA, формирующихся на СПП, на 12 - 30 дБ. Рост давления в 3, 4, 5 гармониках сопровождался значительными флуктуациями, вероятно, оптимальная структура СПП для формирования этих гармоник реализуется в течение коротких промежутков времени при включении и выключении тока.

В п. 4.8 обсуждаются результаты экспериментальных исследований ПИ с СПП в режиме излучения ВСЧ. Биения двух колебаний с частотами 250 и 270 кГц излучались в виде радиоимпульсов длительностью 0,5 мс. Включение тока вызывало рост УЗД в ВСЧ 520 кГц, формирующейся на СПП, на 18 дБ. Характер приведенных временных зависимостей изменения УЗД в ВСЧ, формирующейся на СПП, от силы электролизного тока и газового состава СПП сходен с характером изменения аналогичных зависимостей для ВРЧ.

В и. 4.9 приводятся результаты исследования частотного сканирования ДН ПИ звука со СПП, реализующегося при взаимодействии в СПП пересекающихся первичных пучков. В эксперименте угол между акустическими осями первичных излучателей ВН составлял 4.7°, частота первой ВН составляла 245 кГц, а второй - менялась от 145 до 215 кГц. При этом направление излучения РЧ, формирующегося на СПП, изменялось от 4° до 38". Отмечается, что с ростом РЧ направленность излучения растет, а угол поворота ДН - уменьшается. Полученные экспериментально зависимости ширины ДН излучения РЧ по уровшо 0.7 от частоты и утла поворота ДН от парамет ра С1)2/(1)1 хорошо согласуются с теоретическими кривыми.

В п. 4.10 экспериментально исследовалось ОВФ акустической волны и фокусировка звукового пучка на СПП при взаимодействии в нем квазиплоской волны накачки с частотой 260 кГц, нормально падающей на слон, и сигнальной

сферической волны с чистотой 135 кГц. В эксперименте наблюдалось симметричное, вперед и назад, параметрическое излучение с СГТП с частотой 125 кГц в виде сходящихся пучков, с фокусным расстоянием, соответствующим расстоянию от излучателя сигнала до СПП. Пучек, направленный в сторону источника сигнала, близок но структуре фазового фронта к сишальной волне с обращением волнового фронта.

В п. 4.11 сформулированы результаты, полученные в четвертом разделе диссертации.

Пятый раздел посвящен практическому использованию эффектов, обусловленных взаимодействием акустических волн на приграничных пузырьках, в гидроакустике.

В п. 5.1 рассмотрены принципы построения параметрических устройств, использующих нелинейные эффекты в жидкости с пузырьками таза. Приведены технические решения способов повышения и управления энергетической эффективностью ПИ с СПП, работающих в режиме излучения ВРЧ, в режиме самодетектирования, в режиме излучения гармонических составляющих BKA. Рассмотрены технические решения, структурные схемы устройств, реализующих управление направленностью параметрического излучения, частотное сканирование ДН ПИ звука, ОВФ акустической волны на СПП. Приведенные технические решения признаны изобретениями.

В п. 5.2 рассматриваются принципы создания высокоэффективного затухания звука на токоироводягцих пластинах в жидкости. Предлагаемые в этом пункте способ создания высокоэффективного звукозатухания и технические решения, его реализующие, признаны изобретениями.

В шестом разделе - заключении сформулированы основные результаты диссертации.

1. Экспериментально обнаружен и исследован эффект аномального роста звукового давления в параметрическом излучении, формирующемся иа СПП с включением электролизного тока. Эффект обусловлен формированием оптимальной структуры СПП, состоящего из практически монорадиусных пузырьков, резонансных частоте волн накачки и располагающихся в непосредственной близости друг от друга в одной плоскости.

2. Предложен и апробирован в лабораторном эксперименте способ повышения энергетической эффективности ГШ звука с сохранением высокой направленности излучения, заключающийся во введении в область взаимодействия ВН приграничных пузырьков, формирующихся с помощью электролиза на поверхности токопроводящей звукопроводящей пластины-границы.

3. Предложен и апробирован в лабораторном эксперименте способ оперативного управления направленностью параметрического излучения, формирующегося иа СПП, заключающийся во введении в область взаимодействия ВН ПИ звука токопроводящей звукопроводящей пластины, на которой они образуются, и изменении ее конфигурации.

4. Экспериментально подтверждена возможность повышения энергетической эффективности ПИ звука с СПП в традиционных режимах: самодетектирования, излучения гармонических составляющих BKA, излучештя ВРЧ, излучения ВСЧ. Экспериментально исследованы особенности формирующегося на СПП параметрического излучения.

5. Экспериментально обнаружен и исследован эффект аномально высокого затухания звука на приграштчных пузырьках. Эффект обусловлен образованием слоев из практически монорадиусных пузырьков, резонансных частоте распространяющегося через слои излучения.

6. Предложен н апробирован в лабораторном эксперименте способ создаштя высокоэффективного звукозатухания и управления звукозатуханием на токонроводящей нласгнне в жидкости, заключающийся в подаче на нее импульсного электролизного напряжения и изменении его параметров ( амплитуды, длительности и скважности ).

7. Экспериментально исследовано взаимодействие пересекающихся акуспгческих пучков на СПП, продемонстрирована возможность использования этого взаимодействия для сканирования ДН ПИ с СПП и ОВФ акустической волны на СПП.

8. На основе выявленных закономерностей разработаны методы построения параметрических устройств, использующих эффекты, обусловленные взаимодействием акустических волн на СПП.

9. Разработан, изготовлен и внедрен на ПСЗ "Янтарь" для измерения характеристик шдроакустических устройств широкополосный ПИ звука с СПП в области взаимодействия волн накачки.

Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы

в следующих печатных работах:

1. Кабарухин Ю.И. Аномальное излучение параметрического источника звука со слоем приграничных пузырьков. - Акуст. журп., 1994, т. 40, №5, с. 846

- 848.

2. Кабарухин Ю.И. Аномальное затухание звука на прпграшгчных пузырьках.

- Акуст. жури., 1994, т. 40, № 6, с. 995 - 997.

3. Кабарухин Ю.И. Параметрический источшгк звука со слоем приграничных пузырьков. - Акуст. жури., 1996, т. 42, N9 5., №5, с. 718-720.

4. Кабарухин Ю.И. Способ повышения энергетической эффективности параметрического источника звука. - Патент СССР № 1796064, Б.И. 1993, № 6.

5.Кабарухин Ю.И. Способ создания звукопоглощения металлической пластиной в жидкости. - Патент РФ №1767522, Б.И. 1992, № 37.

6.Кабарухин Ю.И. Способ управления направленностью параметрического излучения. - Патент РФ №1809404, Б.И. 1993, №14.

7.Кабарухин Ю.И. Способ повышения энергетической эффективности параметрического источника звука в режиме самодетектирования. - Патент РФ № 1838800, Б.И. 1993, №32.

8. Кабарухин Ю.И. Устройство для создания звукопоглощения металлической пластиной в жидкости. - Патент РФ № 1824648, Б.И. 1993, №24.

9. Кабарухин Ю.И. Устройство для создашм звукопоглощения металлической пластиной в жидкости. - Патент РФ № 2006073, Б.И. 1994, №1.

10. Кабарухин Ю.И. Способ управления направленностью параметрического излучения. - Патент РФ № 1810861, Б.И. 1993, № 15.

11. Кабарухин Ю.И. Способ управления энергетической эффективностью параметрического источника звука, работающего в режиме излучения волны конечной амплитуды. - Патент РФ № 2010262, Б.И. 1994, № 6.

12. Кабарухин Ю.И. Способ управления энергетической эффективностью параметрического источника звука. - Патент СССР № 1796065, Б.И. 1993, №6.

13. Кабарухин Ю.И. Параметрический эхолот. - Патент РФ № 2011205, Б.И. 1994, №7.

14. Кабарухин Ю.И. Подводное регулируемое звукопоглощающее устройство.

- Патент РФ №2035769, Б.И. 1995, №14.

15. Кабарухин Ю.И. Способ сканирования диаграммой направленности параметрического излучения. - Патент РФ №2040014, Б.И. 1995, №20.

16. Кабарухин Ю.И. Устройство для создания звукопоглощения

электропроводящей пластиной в жидкости. - Патент РФ № 2057372, Б.И. 1996, № 9.

17. Кабарухин Ю.И. Схемы формирования параметрических излучателей с слоем прнграшгчных пузырьков. - Тез. докл. IV н/т конф. "Передача, прием и обработка сигналов в радиотехнических системах и устройствах", Ростов-на-Дону, 1991, с 41-42.

18.Кабарухин Ю.И. Высокоэффективное генерирование параметрического излучения в режиме самодетектирования. - Тез. докл. IV и/т конф. "Передача, прием и обработка сигналов в радиотехнических системах и устройствах", Ростов-на-Дону, 1991, с. 35.

19. Кабарухин Ю.И. Экспериментальные исследования параметрического излучателя с нелинейным слоем. - Тез. докл IV н/г коиф. "Передача, прием и обработка сигналов в радиотехнических системах и устройствах", Ростов-на-Дону, 1991, с. 43-44.

20. Кабарухин Ю.И. Параметрический источник звука с нелинейным слоем в области взаимодействия волн накачки. -Тез. докл. н/г конф. стран СНГ ПМПИ-92 "Проблемы метрологии гидрофизических измерений", М.: НПО "ВНИИФТРИ", 27-29 окт. 1992, с. 78-79.

21. Кабарухин Ю.И. Параметрический источник звука с системой нелинейных слоев в области взаимодействия воли накачки. - Тез. докл. III конф. стран СНГ по морской сейсмологии и сейсмометрии, М.: НПО "ВНИИФТРИ", 18-20 мая 1993, с.97-99.

22. КабарухинЮ.И. Высокоэффективная звукопоглощающая система пузырьковых слоев в жидкости. - Тез. докл. III конф. стран СНГ по морской сейсмологии и сейсмометрии, М.: НПО "ВНИИФТРИ" 18-20 мая 1993, с. 171.

23. КабарухинЮ.И. Сканирование диаграммой направленности параметрического излучения. - Тез. докл. Обл. н/т конф., посвящ. Дню радио, Ростов-на-Дону, 1993, с. 33-34.

24. Кабарухин Ю.И. Повышение эффективности обращения волнового фронта акустической волны на пузырьковом слое. - Тез. докл. Обл. н/т конф., посвящ. Дню радио, Ростов-на-Дону, 1993, с. 34-35.

25. Кабарухин Ю.И. Параметрический источник звука с нелинейным слоем в области взаимодействия волн накачки. - Тез. докл. VI межведомств, конф. но новейшим достижениям в морской геологии "Проблемы развития морских геотехнологий, информатики и геоэкологии", Санкт-Петербург, ВНИИОкеанолопш, 1994, с. 95-96.

26. Кабарухин Ю.И. Способ повышения эффективности обращения волнового фронта акустической волны на пузырьковом слое. Положительное решение о выдаче патента РФ по заяве №5042241/22 or 30.07.1993 г.

27. Кабарухин Ю.И. Устройство для снижения уровня помех в акустическом обтекателе. - Положительное решение о выдаче патента по заяве №9303290/09 от 30.01.1995.