Застосування методу часткових областей в задачі випромінення звуку сферою в хвилеводі з акустично м’якими границями
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243161Ключові слова:
акустичне поле, акустичний плоскопаралельний хвилевод, сферичне джерело, часткові областіАнотація
В роботі розглянуті особливості формування акустичного поля сферичним джерелом з ускладненими властивостями в регулярному плоскопаралельному хвилеводі, що має практичне значення в морському приладобудуванні та океанографічних дослідженнях. Алгоритм розв`язку будується на основі використання рівняння Гельмгольця і методу Фур’є для кожної часткової області та умов спряження на їх границях. Представлений розрахунок дозволяє позбутися ідеалізованих граничних умов на поверхні джерела, з подальшим визначенням коефіцієнтів збудження мод хвилеводу в рамках задачі Штурма-Ліувіля. При цьому залучення граничних умов на поверхні та дні моря, а також умови Зоммерфельда, надає можливість отримати реальний розподіл поля в вертикальних перетинах хвилеводу.
Отримані частотні залежності складових тиску та коливальної швидкості показують їх амплітудно-фазові відмінності, які досягають 90 градусів, що частково пояснює виникнення особливих точок в полі інтенсивності в регулярному хвилеводі. Визначено, що багатократність відбиття звукових хвиль від границь робочого простору і простору хвилеводу викликають осциляції складових тисків зі зміненням рівня амплітуди до 6 дБ. З’ясовано, що зі зростанням розмірів джерела в робочому просторі утворюється своєрідний резонанс, частота якого залежить від глибини моря і відповідає області kr=x=5.8. Встановлено, що під час формування акустичного поля в робочому просторі частотна характеристика складових імпедансу подається як багаторезонансна залежність, утворена на основі частотних характеристик нижніх мод та їх комбінацій. Експериментальні дослідження показали відповідність результатів розрахунків модового складу акустичного поля випромінювача, отриманим в умовах басейну, просторовим характеристикам модових складових акустичного поля з похибкою до 3 дБ.
Посилання
- Brillouin, L. (1960). Wave Propagation and Group Velocity. Academic Press, 166. Available at: https://www.elsevier.com/books/wave-propagation-and-group-velocity/brillouin/978-1-4832-3068-9
- Brekhovskikh, L. (1976). Waves in Layered Media. Academic Press, 520. Available at: https://www.elsevier.com/books/waves-in-layered-media/brekhovskikh/978-0-12-130560-4
- Mann, J. A., Tichy, J., Romano, A. J. (1987). Instantaneous and time‐averaged energy transfer in acoustic fields. The Journal of the Acoustical Society of America, 82 (1), 17–30. doi: http://doi.org/10.1121/1.395562
- Mobarakeh, P. S., Grinchenko, V. T., Popov, V. V., Soltannia, B., Zrazhevsky, G. M. (2020). Contemporary Methods for the Numerical-Analytic Solution of Boundary-Value Problems in Noncanonical Domains. Journal of Mathematical Sciences, 247 (1), 88–107. doi: http://doi.org/10.1007/s10958-020-04791-4
- Korzhyk, O., Naida, S., Kurdiuk, S., Nizhynska, V., Korzhyk, M., Naida, A. (2021). Use of the pass-through method to solve sound radiation problems of a spherical electro-elastic source of zero order. EUREKA: Physics and Engineering, 5, 133–146. doi: http://doi.org/10.21303/2461-4262.2021.001292
- Mobarakeh, P. S., Grinchenko, V. T. (2015). Construction Method of Analytical Solutions to the Mathematical Physics Boundary Problems for Non-Canonical Domains. Reports on Mathematical Physics, 75 (3), 417–434. doi: http://doi.org/10.1016/s0034-4877(15)30014-8
- Kazak, M. S., Petrov, P. S. (2020). On Adiabatic Sound Propagation in a Shallow Sea with a Circular Underwater Canyon. Acoustical Physics, 66 (6), 616–623. doi: http://doi.org/10.1134/s1063771020060044
- Diubchenko, M. E. (1984). Vlyianye osesymmetrychnikh mod kolebanyi na chuvstvytelnost y kharakterystyky napravlennosty pezokeramycheskoi sferi. Akustycheskyi zhurnal, 30 (4), 477–481. Available at: http://www.akzh.ru/pdf/1984_4_477-481.pdf
- Leiko, O., Derepa, A., Pozdniakova, O., Starovoit, Y. (2018). Acoustic fields of circular cylindrical hydroacoustic systems with a screen formed from cylindrical piezoceramic radiators. Romanian Journal of Acoustics and Vibration, 15 (1), 41–46. Available at: http://rjav.sra.ro/index.php/rjav/article/view/49
- Aronov, B. (2009). Coupled vibration analysis of the thin-walled cylindrical piezoelectric ceramic transducers. The Journal of the Acoustical Society of America, 125 (2), 803–818. doi: http://doi.org/10.1121/1.3056560
- Filipova, N. Y., Korzhik, O. V., Chayka, A. S., Naida, S. A., Korzhik, M. O. (2020). Dynamics of Receiving Electroelastic Spherical Shell with a Filler. Journal of Nano- and Electronic Physics, 12 (4), 04034–1–04034–7. doi: http://doi.org/10.21272/jnep.12(4).04034
- Volodicheva, M. I., Lopukhov, K. V. (1994). Vliianie sferichnosti akusticheskoi volny na koeffitsient ee otrazheniia ot ploskoi granitsy razdela dvukh zhidkikh sred. Akusticheskii zhurnal, 40 (5), 768–772. Available at: http://www.akzh.ru/htm/1994_5.htm
- Kuperman, W., Roux, P.; Rossing, T. (Ed.) (2007). Underwater Acoustics. Marine Phisical laboratory. Springer Handbook of Acoustics. New York: Springer, 149–209. doi: http://doi.org/10.1007/978-0-387-30425-0_5
- Saheban, H., Kordrostami, Z. (2021). Hydrophones, fundamental features, design considerations, and various structures: A review. Sensors and Actuators A: Physical, 329, 112790. doi: http://doi.org/10.1016/j.sna.2021.112790
- Leiko, O., Derepa, A., Pozdniakova, O., Maiboroda, O. (2020). On the Peculiarities of Matching an Electric Generators with an Electromechanical Energy Transducers. IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology, 842 847. doi: http://doi.org/10.1109/elnano50318.2020.9088812
- Hrynchenko, V. T., Vovk, I. V., Matsypura, V. T. (2007). Osnovy akustyky. Kyiv: Naukova dumka, 640. Available at: http://hydromech.org.ua/ru/books
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Oleksii Korzhyk, Sergey Naida, Tetiana Zheliaskova, Oleksander Chaika, Nikita Naida
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
