научный журнал по физике Акустический журнал ISSN: 0320-7919

О научном журнале«Акустический журнал»

Публикует обзоры литературы, оригинальные статьи и краткие сообщения по физической, технической и биологической акустике. Рассматривает теоретические и практические аспекты применения современных акустических средств контроля и моделирования.

Архив научных статейиз журнала «Акустический журнал»

  • АКУСТО-МИКРО-ФЛЮИДИКА: КАПИЛЛЯРНЫЕ ВОЛНЫ И ВИХРЕВЫЕ ТЕЧЕНИЯ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ОБЪЕМЕ ЖИДКОЙ КАПЛИ

    ЛЕБЕДЕВ-СТЕПАНОВ П.В., РУДЕНКО О.В. — 2015 г.

    Рассчитано поле радиационных сил в цилиндрическом жидком слое на твердой подложке, формирующееся в результате воздействия на жидкость капиллярной волны, распространяющейся от оси вдоль свободной поверхности. Изучена структура акустических течений, возбуждаемых радиационными силами. Обсуждено воздействие течений на частицы малого размера и возможности формирования упорядоченных структур из этих частиц.

  • АЛГОРИТМ АКУСТИЧЕСКОЙ НАВИГАЦИИ В ПЛОСКОСЛОИСТОЙ ПОДВОДНОЙ СРЕДЕ

    БАРАБАНОВА Л.П. — 2015 г.

    Представлен новый алгоритм пассивной (беззапросной) навигации в водном слое в рамках лучевой теории в плоскослоистой среде, когда зависимость скорости звука от глубины в водном слое известна. Этот алгоритм является композицией метода Декарта для начального приближения и последующего итерационного метода Ньютона в случае четырех синхронных маяков или итерационного метода Гаусса–Ньютона в случае более четырех синхронных маяков. Находятся три декартовы координаты подводного объекта и момент синхронного излучения акустического сигнала маяками. Демонстрируется работа соответствующей программы при данных, близких к реальным. Компьютерное моделирование прогнозирует улучшение точности на десятки метров.

  • БРЭГГОВСКАЯ ДИФРАКЦИЯ ТРЕХЦВЕТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В КРИСТАЛЛЕ ПАРАТЕЛЛУРИТА

    КОТОВ В.М. — 2015 г.

    Исследован вариант брэгговской дифракции, в котором трехцветное излучение с длинами волн 488, 514 и 633 нм дифрагирует на акустической волне, распространяющейся в кристалле парателлурита. В найденном варианте излучение с длиной волны 633 нм находится в строгом брэгговском синхронизме с акустической волной, а остальные лучи дифрагируют с небольшим нарушением условий синхронизма. Экспериментально получена эффективность дифракции в первом порядке не менее 70% на всех длинах волн оптического излучения.

  • ВИБРАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИЕЙ

    ГЛАДИЛИН А.В., ГОЛЯМИНА И.П., КУЛАЕВ Ю.В., КУРБАТОВ П.А., КУРБАТОВА Е.П., ПИРОГОВ В.А. — 2015 г.

    В статье приведены математические модели, результаты расчетно-теоретических исследований и выполнено обоснование возможностей создания вибрационного преобразователя с полной магнитной левитацией в подвесе из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП). Осевая и радиальная устойчивость активной части преобразователя обеспечивается за счет взаимодействия магнитного поля кольцевых постоянных магнитов и полого цилиндра из керамического ВТСП-материала. Вынуждающее усилие создается системой катушек с током, магнитное поле которых поляризуется полем постоянных магнитов и взаимодействует с индуцированными токами в сверхпроводящем цилиндре. Рассмотрен случай перехода в сверхпроводящее состояние ВТСП-материала в поле постоянных магнитов (режим FC). Представленные данные подтверждают перспективность предлагаемых технических решений.

  • ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА НЕЛИНЕЙНОЕ ОТРАЖЕНИЕ УПРУГИХ ВОЛН ОТ ГРАНИЦЫ ДВУХ ТВЕРДЫХ СРЕД

    КОКШАЙСКИЙ А.И., КОРОБОВ А.И., ШИРГИНА Н.В. — 2015 г.

    Проведены экспериментальные исследования влияния статического давления на особенности отражения монохроматической продольной упругой волны от границы двух шероховатых металлических поверхностей с различными интерфейсными слоями между ними. Были исследованы следующие слои: (а) две плоские металлические поверхности, (б) две металлические поверхности со слоем фольги толщиной 10 мкм между ними, (в) одномерный слой стальных шаров между двумя металлическими поверхностями, (г) одномерный слой стальных шаров с фольгой толщиной 10 мкм между шарами и одной из поверхностей. В спектре отраженной волны кроме волны основной частоты наблюдалась волна второй гармоники. Амплитуды отраженных волн зависели от величины приложенного к слою статического давления. Отмечается, что структурная упругая нелинейность на границе твердое тело–слой значительно превосходит упругую нелинейность, связанную с ангармонизмом молекулярных сил в исследуемых материалах.

  • ВЛИЯНИЕ НАКЛОННОГО ДНА НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА

    КОЗИЦКИЙ С.Б., МАНУЛЬЧЕВ Д.C., РУТЕНКО А.Н. — 2015 г.

    Приводятся результаты натурных измерений акустических полей, формируемых в осенних гидрологических условиях шельфа Японского моря автономным излучателем сигнала ТОН-320Гц, установленным в море глубиной 34 м, и низкочастотным импульсным пневмоизлучателем, опускаемым с борта судна на горизонт 10 м. Прием осуществлялся с помощью гидрофона, установленного на глубине 41 м цифрового радиогидроакустического буя и гидрофона автономного акустического регистратора, опускаемого вместе с автономным гидрологическим зондом с борта дрейфующего судна. Моделирование распространения звука от данных источников проведено с помощью широкоугольного параболического уравнения с учетом упругих свойств пород, слагающих дно, и 3-D модового параболического уравнения в адиабатическом приближении для “жидкого” дна.

  • ВЛИЯНИЕ НОСОВОЙ КОНФИГУРАЦИИ ОБТЕКАЕМЫХ МОДЕЛЕЙ НА СТРУКТУРУ ТРЕХМЕРНЫХ ПОЛЕЙ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ

    ГОЛУБЕВ А.Ю. — 2015 г.

    Проведена серия испытаний по определению структуры полей пульсаций давления при обтекании потоком моделей, представляющих собой цилиндры с головными обтекателями разной конфигурации. Показано, что в зависимости от конфигурации изменение угла атаки может приводить к существенной трансформации полей пульсаций давления на цилиндрической поверхности, заключающейся в повышении спектральной плотности и изменении степени их пространственной взаимосвязи. Проведены исследования поля пульсаций давления на поверхности модели с головным обтекателем в виде типовой модели носовой части современного скоростного гражданского самолета. Показано, что в этом случае дополнительные возмущения формируются уже при нулевом угле атаки модели. Исследовано поле пульсаций давления на поверхности моделей в продольном и окружном направлениях. Сравнение данных модельного эксперимента с результатами летных испытаний, представленных в литературе, показывает, что результаты модельных экспериментов в целом не противоречат натурным.

  • ВЛИЯНИЕ УГЛОВОЙ АПЕРТУРЫ МЕДИЦИНСКИХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ НА ПАРАМЕТРЫ НЕЛИНЕЙНОГО УДАРНО-ВОЛНОВОГО ПОЛЯ В ФОКУСЕ

    РОСНИЦКИЙ П.Б., ХОХЛОВА В.А., ЮЛДАШЕВ П.В. — 2015 г.

    Многие современные приложения мощного сфокусированного ультразвука в медицине используют нелинейный эффект образования ударных фронтов в профиле волны. При этом остается нерешенной задача выбора параметров излучателя, позволяющих обеспечить заданные уровни давлений ударно-волнового поля в фокусе, необходимые для конкретного приложения. В данной работе на основе моделирования уравнения Хохлова–Заболотской проверяется и подтверждается гипотеза, что основным параметром излучателя, определяющим характерную амплитуду ударного фронта и соответствующие величины пикового положительного и отрицательного давлений в фокусе, является его угловая апертура. Предложены критерий формирования профиля с развитым разрывом и метод определения его амплитуды. Рассчитаны количественные зависимости амплитуды развитого разрыва и пиковых давлений в профиле волны от угловой апертуры излучателя. Проанализированы эффекты насыщения и диапазон изменения параметров разрывного профиля в фокусе для типичного излучателя ультразвуковой хирургии.

  • ВЛИЯНИЕ ШЕВРОНОВ НА ШУМ ПРЕДКРЫЛКА ПРЯМОГО И СТРЕЛОВИДНОГО КРЫЛА

    БЕЛЯЕВ И.В., ЗАЙЦЕВ М.Ю., КОПЬЕВ В.Ф. — 2015 г.

    Проведено экспериментальное исследование шума обтекания маломасштабных моделей крыла c механизацией (предкрылком и закрылком). Показано, что установка шевронов на нижней кромке предкрылка приводит к снижению шума как для прямого, так и для стреловидного крыла. Одновременные акустические и аэродинамические измерения показали, что шевроны приводят к подавлению тональных компонент шума предкрылка, не оказывая значительного влияния на аэродинамические характеристики крыла.

  • ВОЗМОЖНОСТИ АКУСТОТЕРМОМЕТРИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ АДРЕСНОЙ ДОСТАВКИ ЛЕКАРСТВ

    АНОСОВ А.А., КАЗАНСКИЙ А.С., ЛЕСС Ю.А., МАНСФЕЛЬД А.Д., НЕМЧЕНКО О.Ю. — 2015 г.

    Модельные акустотермометрические эксперименты были проведены при нагреве водной суспензии липосом. Нагрев осуществлялся с целью достичь температуры фазового перехода липидов. В момент фазового перехода тепловой акустический сигнал достигал максимума и снижался, несмотря на продолжение нагрева. При последующем охлаждении суспензии, когда липиды вновь проходили точку фазового перехода, тепловой акустический сигнал снова увеличивался, несмотря на снижение температуры. Данный эффект связан с увеличением поглощения ультразвука суспензией липосом в момент фазового перехода липидов. Полученный результат показывает, что акустотермографию можно использовать для контроля адресной доставки лекарств, помещенных в термочувствительные липосомы, целостность которых нарушается при нагреве до температуры фазового перехода.

  • ВОЗМОЖНОСТЬ СНИЖЕНИЯ ШУМА В САЛОНЕ САМОЛЕТА ОТ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ ПОДКРЕПЛЯЮЩЕГО НАБОРА ФЮЗЕЛЯЖА ПРИ НЕИЗМЕННОЙ ЕГО МАССЕ

    ЕФИМЦОВ Б.М., ЛАЗАРЕВ Л.А. — 2015 г.

    Снижение шума в салоне самолета от турбулентного пограничного слоя актуально в области средних частот. Расчет шума, проведенный на основе аналитической модели, учитывающей дискретность стрингеров и шпангоутов, показал, что на средних частотах возможно снизить уровень шума на величину порядка 4 дБ путем уменьшения расстояния между ребрами при неизменной их суммарной массе.

  • ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СКОРОСТИ ЗВУКА И ПОГЛОЩЕНИЯ В ФАНТОМАХ МЯГКИХ БИОТКАНЕЙ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ТОМОГРАФИРОВАНИЯ

    БУРОВ В.А., ЗОТОВ Д.И., РУМЯНЦЕВА О.Д. — 2015 г.

    Работа посвящена реализации в конкретном томографическом устройстве двухшагового алгоритма, предназначенного для восстановления пространственных распределений скорости звука и коэффициента поглощения, прежде всего в мягких биотканях. Для формирования входных данных первого и второго шагов используется корреляционный алгоритм, основанный на определении временного сдвига времени распространения сигнала в присутствии объекта. Представляются результаты восстановления на основе данных, измеренных для объектов-фантомов с помощью разработанного экспериментального образца ультразвукового томографа. Обсуждаются проблемы, возникающие при восстановлении с низким разрешением первым шагом алгоритма, и иллюстрируется высокая пространственная разрешающая способность, достигаемая на втором шаге.

  • ВЫЧИСЛЕНИЕ ФАЗОВЫХ СКОРОСТЕЙ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗГИБНЫХ ВОЛН В ИЗОТРОПНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СТЕРЖНЯХ И ОБОЛОЧКАХ С ПОМОЩЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ ДЕБАЯ И “ТИПА ДЕБАЯ”

    ИЛЬМЕНКОВ С.Л., КЛЕЩЁВ А.А., КЛЮБИНА К.А. — 2015 г.

    С помощью потенциалов Дебая и “типа Дебая” рассмотрены два представления векторного потенциала вектора смещения изотропных цилиндрических стержня и оболочки. На основе такого подхода получены характеристические уравнения для волновых чисел трехмерных изгибных волн в этих телах и вычислены их фазовые скорости.

  • ГИБРИДНЫЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ ДИФРАКЦИИ НА ПЛОСКИХ ЭКРАНАХ

    КЮРКЧАН А.Г., МАНЕНКОВ С.А. — 2015 г.

    Предложен новый вариант метода продолженных граничных условий для решения задачи дифракции плоской волны на плоских трехмерных экранах, больших по сравнению с длиной волны. Рассмотрены случаи акустически мягкого и жесткого экранов. Приведены численные результаты для экранов круговой, эллиптической и квадратной формы. Проведена проверка выполнения оптической теоремы и теоремы Уфимцева для указанных форм экранов.

  • ДИАГНОСТИКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСТИН С ОСТАТОЧНЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ И ДЕФЕКТАМИ МЕТОДАМИ НЕЛИНЕЙНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СКАНИРУЮЩЕЙ ВИБРОМЕТРИИ

    ИЗОСИМОВА М.Ю., КОРОБОВ А.И., ОДИНА Н.И. — 2015 г.

    Методом нелинейной лазерной сканирующей виброметрии проведена диагностика цилиндрических резонаторов из поликристаллического сплава алюминия с остаточными напряжениями и дефектами. Для диагностики были использованы изгибные волны Лэмба. Обнаружена зависимость частоты собственной моды резонатора от амплитуды изгибной волны Лэмба в нем (эффект быстрой динамики), что указывало на наличие в материале резонатора неклассической упругой нелинейности. Исследования нелинейного взаимодействия амплитудно-модулированных изгибных волн Лэмба в резонаторах позволили определить координаты дефектов и остаточных деформаций в резонаторах.

  • ДИНАМИКА НАДМОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР, ИНДУЦИРОВАННЫХ В ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХ

    КАПУСТИНА О.А. — 2015 г.

    Впервые представлено экспериментальное обоснование теории, описывающей в рамках неравновесной гидродинамики свойства надмолекулярных пространственно-периодических структур в планарном слое холестерического жидкого кристалла при интенсивностях ультразвука, превышающих порог их образования в области частот, где длина волны больше шага холестерической спирали. Приведены наблюдения искажения текстуры слоя в плоском и клинообразном капиллярах с планарными граничными условиями в условиях нормального падения продольных волн для диапазона частот 1–4 МГц. Определены значения периода доменов на пороге эффекта и при его превышении для слоев толщиной 20–100 мкм при значениях шага спирали 2–10 мкм. Установлена зависимость периода доменов от интенсивности ультразвука и степени предварительного растяжения слоя. Апробирована модель, построенная с учетом процессов структурной релаксации, а также нелинейных релаксационных явлений. Показано, что полное описание эффекта, адекватное экспериментальным данным, можно получить только в рамках такого подхода.

  • ДИФРАКЦИЯ ИНТЕНСИВНОГО ПОЛЯ В ФОКАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ КАК ДИНАМИКА НЕЛИНЕЙНОЙ СИСТЕМЫ С НИЗКОЧАСТОТНОЙ ДИСПЕРСИЕЙ

    РУДЕНКО О.В., ХЕДБЕРГ К.М. — 2015 г.

    Описаны стационарные формы профиля нелинейной акустической волны, распространяющейся в пределах фокальной области. Использованы три модели, следующие из уравнения Хохлова–Заболотской (ХЗ) с тремя независимыми переменными: (1) упрощенное одномерное уравнение Островского–Вахненко, (2) система уравнений для параксиального разложения акустического поля в ряд по поперечной координате и (3) уравнение ХЗ, редуцированное к двум независимым переменным. Структура последнего аналогична уравнению Вестервельта. Показана возможность его линеаризации с помощью преобразования Лежандра и сведения к хорошо изученному уравнению Эйлера–Трикоми. Стационарные профили при больших интенсивностях сфокусированных акустических волн оказываются периодическими последовательностями дугообразных участков с особенностями производной в точках их сшивания, существование которых подчеркнуто Маковым. Такие профили возникают во многих нелинейных системах с низкочастотной дисперсией. Профили с разрывами (ударными фронтами) изменяют свою форму при прохождении через фокальную область и не являются стационарными. Оценка максимальных давлений и интенсивностей в фокусе согласуется с полученными ранее данными компьютерных расчетов и экспериментальных измерений.

  • ЗАТУХАНИЕ ЗВУКА В МЕЛКОВОДНЫХ АКВАТОРИЯХ С ГАЗОНАСЫЩЕННЫМ ДНОМ

    ГРИГОРЬЕВ В.А., ЛУНЬКОВ А.А., ПЕТНИКОВ В.Г. — 2015 г.

    Исследованы особенности распространения низкочастотного (50–300 Гц) звука в мелководных акваториях на относительно небольших расстояниях r 3H–50H от источника звука, где H – глубина волновода. Дно акваторий предполагалось жидкой однородной газосодержащей средой. Сравнивались ситуации, когда скорость звука в дне больше и меньше, чем в водном слое (жесткое и мягкое дно). Подтверждено в эксперименте, что средняя эффективная скорость звука в дне может иметь весьма низкие значения 100 м/с. При расчетах использовалось модовое описание звукового поля, учитывались как распространяющиеся, так и вытекающие моды, включая квазимоды. Получены усредненные зависимости спадания интенсивности поля с расстоянием при различных частотах и скоростях звука в дне. Найдены коэффициенты затухания звука в волноводе как функции частоты и скорости звука в дне. Показано, что для мягкого дна величина монотонно растет при увеличении скорости звука в дне, а для жесткого дна – монотонно падает. Максимум зависит от частоты звука и достигается при примерном равенстве скоростей звука в воде и дне.

  • ИДЕНТИФИКАЦИЯ КРАЕВЫХ УСЛОВИЙ НА ОБОИХ КОНЦАХ СТРУНЫ ПО СОБСТВЕННЫМ ЧАСТОТАМ КОЛЕБАНИЙ

    АХТЯМОВ А.М., УТЯШЕВ И.М. — 2015 г.

    Решена задача идентификации вида и параметров краевых условий для краевой задачи, описывающей колебания струны. Показано, что для идентификации как вида, так и параметров краевых условий достаточно двух собственных частот. Найдено множество корректности данной задачи и доказана корректность ее по Тихонову. На основе доказанной теоремы предложен метод, позволяющий отыскивать приближенные решения.

  • ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ СТРУКТУРА НИЗКОЧАСТОТНЫХ РЕВЕРБЕРАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ В МЕЛКОМ МОРЕ

    ЛУНЬКОВ А.А. — 2015 г.

    С помощью численного моделирования проведен анализ интерференционной структуры рассеянного дном звукового поля, формируемого широкополосным точечным источником в мелком море в зимних и летних условиях. Рассеянные сигналы принимались с заданного направления в месте расположения излучателя и подвергались преобразованию Фурье со скользящим окном. Продемонстрирована возможность оценки интерференционного инварианта по сигналам обратного рассеяния при обработке распределений интенсивности звука в широких пределах по частоте и расстоянию до рассеивающей площадки. Предложена методика восстановления двумерного поля внутренних волн по вариациям интерференционной картины реверберационных сигналов. Проиллюстрировано влияние ветровых поверхностных волн на степень контрастности интерференционных полос.