Введение к работе
Актуальность темы.
Вопросы современной науки и техники требуют создания объективных и точных методов исследования полей, создаваемых реальными акустическими объектами, особенно в области низких частот.
В спектрах практически всех природных источников шума содержится низкочастотная компонента. Так в атмосфере естественными источниками низкочастотного звука можно считать метеорологические, сейсмические, вулканические явления. Низкочастотные волны генерируются и атмосферной турбулентностью, и ветрами, обтекающими горные системы, и полярными сияниями. Кроме того появились мощные низкочастотные источники звука созданные человеком, например наземный и воздушный транспорт, крупные силовые установки, химические и ядерные взрывы и т.д.
С одной стороны низкочастотный звук почти невозможно изолировать, т.к. звукопоглашающие материалы малоэффективны на низких частотах. Поэтому единственный путь борьбы с низкочастотным звуком - подавление самих источников. А это ставит вопрос о выяснении механизмов генерации низкочастотного звука источниками.
С другой стороны распространяющиеся в атмосфере низкочастотные волны можно обнаружить на больших расстояниях от. источника, т.к. они мало поглощаются и мало рассеиваются в естественных средах. Это дает возможность использовать низкочастотный звук для рбнаружения источника.
Все это приводит к необходимости создания акустических методов и приборов, с помощью которых можно локализовать источник низкочастотного звука (определить направление на источник, расстояние до него), определить мощность излучения, идентифицировать его, а отсюда выяснить и механизмы генерации звука источником .
, Таким образом,. с одной стороны теоретическое исследование структуры звукового поля.источника - важная проблема современной атмосферной акустики. А с другой стороны.информация об источнике, извлеченная" из знаний о структуре поля,-позволяет решать ряд важных практических задач к числу которых относятся, например:
пррлема звуковой пеленгации искусственных и естественных источников низкочастотного звука, проблема охраны окружающей среды.
До недавнего времени методы исследования звуковых полей основывались на изучении пространственного распределения звукового давления. Но знание лишь распределения звукового давления в данном поле не позволяет дать полную характеристику этого поля.
В настоящее время, благодаря использованию современных аппаратурных и вычислительных средств, широкое распространение получили новые методы исследования звуковых полей, основанные на определении энергетических параметров акустического поля.
Энергетические параметры поля содержат информацию как о величине так и о направлении, они весьма эффективны при выявлении, идентификации и локализации источников звука. Использование энергетического подхода для диагностики источников низкочастотного звука представляет собой перспективное направление аэроакустики.
Таким образом, основная цель диссертационной работы состоит в теоретическом и экспериментальном исследовании структуры звуковых полей и развитии метода акустической интенсиметрии для определения основных характеристик низкочастотных источников звука.
В связи'с этим основные задачи работы состояли в следующем:
-
Выявить важные в практическом приложении механизмы формирования звуковых полей.
-
Провести анализ структуры акустического поля, создаваемого движущимися источниками.
-
Рассмотреть влияние подстилающей (импедансной) поверхности на звуковые поля.
-
Провести анализ методов интенсиметрии.
-
Разработать методику обработки данных и создать систему (пространственный интенсиметр) для исследования структуры звуковых полей и определения параметров источников.
-
.Собрать экспериментальную установку и написать ЭВМ-программы для вычисления энергетических параметров поля и определения параметров источников.
7. Провести экспериментальные исследования низкочастотных'
звуковых полей модельных мультипольних источников с целью опре-' деления их основных характеристик.
Научная новизна работы заключается в том, что
проведено исследование структуры звуковых полей, представляющее интерес для решения практических задач, стоящих перед акустикой;
решена задача о переходном излучении акустических волн источником, движущимся вблизи локально- реагирующей поверхности. При этом получены количестввняые характеристики излучения и выведено аналитическое представление акустической мощности;
рассмотрена структура акустического- поля, создаваемого движущимся источником, вблизи импедансной поверхности. При этом получено выражение оценивающее вклад, вносимый локально-реагирующей поверхностью-в-поле излучения. Кроме того приведен алгоритм, позволяющий применить ЭВМ-обработку для определения полей источников движущихся над импедансной поверхностью;
показана возможность определения параметров источников по измерениям действительной и мнимой компонент вектора плотности потока энергии;
создана измерительная система (многоэлементный интенси-метр + ЭВМ), позволяющая изучать пространственное распределение энергетических характеристик звукового поля и определять параметры источников;
разработаны алгоритмы расчета энергетических характеристик поля и параметров источника, написаны ЭВМ-программы;
предложен новый метод калибровки интенсиметра;
рассмотрено влияние дифракционных эффектов на работу интенсиметра; .
проведены модельные исследования по локализации и идентификации мультипольних низкочастотных источников звука.
Практическая ценность работы заключается в создании работоспособного прибора (пространственного интенсиметра), методов обработки и ЭВМ-программ, которые могут быть использованы для исследования полей, создаваемых реальными акустическими объектами.
Апробация работы.
Материалы диссертации были представлены на следующих конфе-
ренциях: II-nd international congress on recent developments in air- and в true ture -borne sound and vibration (Auburn University, USA, 1992), International conference "UI/TRASONICS INTERNATIONAL 91" (Ъе Touget, France, 1991), Vl-th international conference on low frequency noise and vibration (Leiden, 1991), Всесоюзном научном семинаре "Исследования пограничного слоя атмосферы над сушей и океаном акустическими методами" (Москва, 1990), Всесоюзном научном семинаре "Математическое моделирование и применение явлений дифракции" (Москва, 1990), XI-й Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991), Всесоюзной школе-семинаре "Физика и применение микроволн" (Москва, 1931), на семинарах кафедры акустики физического факультета Московского государственного университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, приложения, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации 111 страниц, в том числе 18 рисунков. Список литературы содержит 61 наименование.
