Delist.ru

Обратные задачи дифракции в низкочастотной акустике (17.09.2007)

Автор: Иванов Виталий Петрович

УДК 534.2

Иванов Виталий Петрович

ОБРАТНЫЕ ЗАДАЧИ ДИФРАКЦИИ

В НИЗКОЧАСТОТНОЙ АКУСТИКЕ

(специальность 01.04.06 - Акустика)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Институте машиноведения им. А.А.Благонравова РАН.

Официальные оппоненты:

д.ф.-м.н, проф. Кюркчан Александр Гаврилович

д.ф.-м.н. Урусовский Игорь Алексеевич

д.ф.-м.н, проф. Черкашин Юрий Николаевич

Ведущая организация - Институт прикладной физики РАН

Защита состоится 7 ноября 2007 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 411.001.01 в Акустическом институте им. акад. Н.Н.Андреева по адресу: 117036 Москва, ул. Шверника, 4

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Акустического института им. акад. Н.Н.Андреева

Автореферат разослан 2007 г.

Ученый секретарь Литвинов В.И.

диссертационного совета

Общая характеристика работы.

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 единицы, требуют для своего решения развития не только методов борьбы с шумами в виде звукопоглощающих облицовок и звукоотражающих стенок, но и 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 дифракции 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 полей, и постановка и решение обратных задач дифракции для этих 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 задач гашения.

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.

загрузка...