Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследование задач математической физики и, в частности теории дифракции, представляет большой теоретический и практический интерес Помимо чисто теоретического интереса, связанного с развитием методов решения задач дифракции, с помощью прямых и обратных задач теории дифракции низкочастотных акустических полей формализуются процессы измерения акустических полей, генерации полей заданного вида в фиксированной области пространства и процессы гашения шумов
Экологические проблемы, в частности, повышение уровня шумов в жилых и рабочих помещениях, особенно на низких частотах, когда характерные волновые размеры помещений не превышают единиц, требуют для своего решения развития не только методов борьбы с шумами в виде звукопоглощающих облицовок и звукоотражающих стенок, но й методов, основанных на других принципах взаимодействия полей, а именно интерференционно-дифракционного метода гашения звуковых полей приемно-излучающими устройствами Физический механизм гашения - это интерференция падающего стороннего поля и поля гашения вспомогательных излучателей, осложненная дифракцией суммарного поля на элементах устройства гашения Процесс гашения состоит в следующем поле сторонних источников гасится в заданной области пространства путем излучения в эту область поля антенной вспомогательных излучателей в противофазе падающему полю При этом информация о первичном стороннем поле принимается антенной приемников и после необходимой переработки передается на антенну вспомогательных излучателей Такой процесс называют активным гашением поля
Проблема активного гашения предполагает развитие методов высокоточного измерения и формирования акустического поля, а
также разработку физических принципов и конструкций приемников и вспомогательных излучателей, обеспечивающих заданную точность измерения и формирования поля
Методом активного гашения можно решить ряд новых задач гашение рассеянного поля при регистрации лоцирующего поля на просвет, гашение шума винтов, струй и шин, защита от акустического воздействия на низких частотах
Проблемы, связанные с измерением и генерацией звуковых полей, возникают и вне рамок процесса активного гашения Так, в последние годы интенсивно исследуются задачи акустоскопии, обнаружения, томографии, измерения слабоинтенсивных полей, для решения которых требуется разрабатывать математические модели процессов и ставить задачи высокоточного измерения и разделения полей в подобласти пространства, причем измерения могут проводиться при осложняющих факторах, например, в ближней зоне рассеивающего тела или при наличии поля помехи Решение этих задач требует развития теории измерения и разделения полей антенной решеткой приемников с учетом влияния на процесс измерения дифракционного поля на элементах решетки
Представляют интерес задачи генерации ближних полей заданного вида с учетом влияния на процесс формирования основного поля дифракционного поля на элементах излучающей антенной решетки
Расширение полосы частот гашения шума в волноводах при высоком уровне гашения до сих пор представляет актуальную научную задачу
Цель работы Основная цель работы - разработка физически реализуемых математических моделей, которые в рамках общепризнанных в акустике уравнений и краевых условий точно описывают явления измерения, излучения и дифракции акустических
моделей Такие модели построены на базе дискретных антенных решеток приемников и излучателей, параметры которых определяются в процессе решения каждой конкретной задачи
В рамках этих моделей - исследование процессов измерения, генерации и гашения низкочастотного акустического поля, основанного на интерференционно-дифракционном механизме взаимодействия поля сторонних источников и гасящего поля антенны вспомогательных излучателей или специального устройства (резонатора Гельмгольца), и оценка влияния дифракционного поля элементов приемно-излучающего устройства на процесс гашения.
Научная новизна работы определяется следующим
Построена физически реализуемая модель процесса гашения звуковых полей в виде дискретных приемных и излучающих антенных решеток, параметры которых вычисляются в процессе решения задачи гашения Для этой модели поставлены и решены обратные задачи, формализующие процессы измерения, генерации и гашения низкочастотных акустических полей
Разработан аналитический метод решения обратных задач и, в частности, интерференционно-дифракционный метод решения задач активного гашения, который включает в себя
дифракционную теорию измерения и разделения низкочастотных акустических полей в области пространства приемными антенными решетками с датчиками малых волновых размеров,
алгоритмы решения задач формирования полей наперед заданного вида в фиксированной области пространства,
цикл работ по проблемам гашения звукового поля в волноводах с помощью резонаторов Гельмгольца, многощелевых камер и многослойных резонаторов,
алгоритмы решения задач активного гашения низкочастотных акустических полей в плоском и пространственном случае, учитывающие влияние дифракционного поля на процесс гашения
Решены задачи гашения плоской волны бесконечной решеткой и локально плоской волны конечной решеткой излучателей, задача звукоизоляции ограниченной области, задача гашения поля дифракции и собственного излучения тела и задачи защиты от шумов за щелью и отверстием в экране для стационарной дифракции Достоверность научных положений и выводов обеспечивается использованием общепринятых в акустике математических моделей процессов излучения и дифракции и строгим обоснованием разрабатываемых методов решения поставленных задач
Практическая значимость работы. Полученные в работе результаты могут быть использованы при разработке новых приемно-излучающих акустических систем, используемых в акустоскопии, для решения задач обнаружения, ненаблюдаемости, гашения шумов на низких частотах Низкочастотные излучатели, возбуждающие поле в скважине, можно применять в задачах зондирования, повышения нефтеотдачи пласта, диагностики землетрясений
Положения, выносимые на защиту.
1 Физически реализуемая модель гашения низкочастотных
акустических полей, адекватная физической природе явлений
интерференции и дифракции, лежащих в основе процесса гашения
Различные схемы процесса гашения звуковых полей
2 Классификация в рамках предложенной модели процесса измерения
и разделения акустических полей в области пространства как
обратной задачи интерпретации результатов измерений, а задачи
активного гашения - как обратной задачи управления дифракционным
полем Анализ свойств задач и метод решения задач измерения звукового поля
3 Аналитический метод решения задач гашения низкочастотного
поля интерференционно-дифракционным способом с учетом влияния
как излучаемого, так и дифракционного поля на процесс гашения
Двойственная природа дифракционного поля в процессе измерения низкочастотных акустических полей
Методика исследования механизма автоматического гашения поля в волноводе с помощью резонаторов Гельмгольца, многощелевых камер и многослойных резонаторов Сравнение эффективности гашения звукового поля в волноводе этими устройствами
Многослойный резонатор с импедансными стенками для решения проблемы расширения спектра частот гашения звукового поля в волноводе
Апробация работы.
Отдельные результаты работы доложены
на V Всесоюзном симпозиуме по дифракции волн Ленинград, 1970,
на VII Всесоюзном симп По дифракции волн Ростов-на-Дону, 1977,
на IX акустической конференции Москва, 1977,
на Всесоюзном семинаре "Математическое моделирование и применение явлений дифракции" Москва, 1990,
на X Всесоюзном симпозиуме по дифракции волн Винница, 1990, а также на семинарах лаборатории дифракции АКИН, кафедры ФТКП Московского горного института, семинарах ИЗМИРАН, ОТП РАН, ИМАШ РАН, кафедры математики Физфака МГУ Публикации Исследования автора по проблемам дифракции
звуковых волн опубликованы в 51 статьях и тезисах докладов и
двух авторских свидетельствах Материалы диссертации опубликованы в 27 статьх в рецензируемых журналах, одном авторском свидетельстве, двух тезисов докладов на Всесоюзных конференциях, список которых приведен в конце реферата В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат постановка и метод решения задачи
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и приложения, а также содержит список литературы из 107 наименований на пяти страницах, 5 рисунков-графиков и 16 таблиц Общий объем работы - 329 страниц
