Интерференция эхосигналов от сферических рассеивателей, находящихся вблизи дна

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние дна на эхосигнал от сферических рассеивателей. Дно моделируется жидким поглощающим полупространством. Излучатель/приемник расположены в водном полупространстве. Расстояние между излучателем/приемником и рассеивателем предполагается большим по сравнению с длинами акустических волн в воде и дне. Численные результаты получены для акустически жестких сферических рассеивателей одного и того же радиуса. Взаимодействие между рассеивателями не учитывается. Эхосигнал от одной сферы в широком диапазоне частот вычисляется с помощью метода, предложенного в работах R.H. Hackman и G.S. Sammelmann, важным этапом в реализации которого является вычисление коэффициентов рассеяния сферы. В статье для их вычисления используются асимптотические формулы, полученные с помощью метода перевала. Полученные асимптотические выражения для коэффициентов рассеяния сферы позволяют существенно сократить число слагаемых в формуле для функции формы эхосигнала.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. С. Григорьева

Санкт- Петербургский государственный морской технический университет

Email: nsgrig@natalie.spb.su
Россия, Лоцманская ул. 3, Санкт-Петербург, 190008

Ф. Ф. Легуша

Санкт- Петербургский государственный морской технический университет

Email: legusha@smtu.ru
Россия, Лоцманская ул. 3, Санкт-Петербург, 190008

К. С. Сафронов

Санкт- Петербургский государственный морской технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: safronov.kirill.pm@gmail.com
Россия, Лоцманская ул. 3, Санкт-Петербург, 190008

Список литературы

  1. Allegra J.R., Hawley S.A. Attenuation of sound in suspensions and emulsions: Theory and experiments // J. Acoust. Soc. Am. 1972. V. 51. P. 1545–1564.
  2. Commander K.W., Prosperetti A. Linear pressure waves in bubbly liquids: Comparison between theory and experiments // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 85. P. 732–746.
  3. Sessarego J.-P., Sageloli J. Étude théorique et expérimentale de la diffusion acoustique par deux coques sphériques élastiques // ACUSTICA — Acta Acust. 1993. V. 79. P. 14–21.
  4. Gaunaurd G.C., Huang H. Acoustic scattering by a pair of spheres // J. Acoust. Soc. Am. 1995. V. 98. P. 495−507.
  5. Folacci A., Rossi J.-L., Sessarego J.-P. GTD Analysis of Scattering by Two Elastic Spheres // ACUSTICA — Acta Acust. 1997. V. 83. P. 93–104.
  6. Bjørnø I., Jensen L.B. Numerical modelling of multiple scattering between two elastical particles // OCEAN’98 Conference Proceedings. Nice, France. 28 September–1 October 1998. V. 2. P. 598–602.
  7. Barbat T., Ashgriz N., Liu C.-S. Dynamics of two interacting bubbles in an acoustic field // J. Fluid Mech. 1999. V. 389. P. 137–168.
  8. Kapodistrias G., Dahl P.H. Effects of interaction between two bubble scatterers // J. Acoust. Soc. Am. 2000. V. 107. P. 3006–3017.
  9. Temkin S. Suspension Acoustics: An Introduction to the Physics of Suspension, 1st ed.; Cambridge University Press: Cambridge, UK, 2005.
  10. Valier-Brasier T., Conoir J.-M., Coulouvrat F., Thomas J.-L. Sound propagation in dilute suspensions of spheres: Analytical comparison between coupled phase model and multiple scattering theory // J. Acoust. Soc. Am. 2015. V. 138. P. 2598–2612.
  11. Kubilius R., Pedersen G. Relative acoustic frequency response of induced methane, carbon dioxide and air gas bubble plumes, observed laterally // J. Acoust. Soc. Am. 2016. V. 140. P. 2902–2912.
  12. Maksimov A., Yusupov V. Coupled oscillations of a pair of closely spaced bubbles // Eur. J. Mech. Fluids. 2016. V. 60. P. 164–174.
  13. Maksimov A.O., Polovinka Y.A. Scattering from a pair of closely spaced bubbles // J. Acoust. Soc. Am. 2018. V. 144. P. 104–114.
  14. Valier-Brasier T., Conoir J.-M. Resonant acoustic scattering by two spherical bubbles // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 145. P. 301–311.
  15. Grigorieva N.S., Legusha F.F., Nikushchenko D.V., Safronov K.S. Interference of echo-signals from two buried spherical targets // Acoustics. 2023. V. 5. № 2. P. 509–521.
  16. Hackman R. H., Sammelmann G. S. Acoustic scattering in an inhomogeneous waveguide: Theory // J. Acoust. Soc. Am. 1986. V. 80. P. 1447–1458.
  17. Hackman R. H., Sammelmann G. S. Multiple-scattering analysis for a target in an oceanic waveguide // J. Acoust. Soc. Am. 1988. V. 84. P. 1813–1825.
  18. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 343 с.
  19. Fawcett J.A. Complex-image approximations to the half-space acousto-elastic Green’s function // J. Acoust. Soc. Am. 2000. V. 108. P. 2791–2795.
  20. Fawcett J.A. A method of images for a penetrable acoustic waveguide // J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 113. P. 194–204.
  21. Fawcett J.A., Lim R. Evaluation of the integrals of target/seabed scattering using the method of complex images // J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 114. P. 1406–1415.
  22. Taraldsen G. The complex image method // Wave Motion. 2005. V. 43. P. 91–97.
  23. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции. Т. 1. М.: Наука, 1973. 294 с.
  24. Sessarego J.-P., Cristini P., Grigorieva N.S., Fridman G.M. Acoustic scattering by an elastic spherical shell near the seabed // J. Comp. Acoust. 2012. V. 20. № 3. Р. 1250006.1–1250006.19.
  25. Kargl S.G., Marston P.L. Ray synthesis of Lamb wave contributions to the total scattering cross section for an elastic spherical shell // J. Acoust. Soc. Am. 1990. V. 88. № 3. Р. 1103−1113.
  26. Кратцер А., Франц В. Трансцендентные функции. М.: ИЛ, 1963. 467 с.
  27. Шендеров Е. Л. Излучение и рассеяние волн. Л.: Судостроение, 1989. 302 с.
  28. Григорьева Н.С., Куприянов М.С., Михайлова Д.А., Островский Д.Б. Рассеяние звуковых волн на сферическом рассеивателе, находящемся вблизи ледовой поверхности // Акуст. журн. 2016. Т. 62. № 1. С. 10–23.
  29. Григорьева Н.С., Сафронов К.С., Лукьянов В.Д. Эхо-сигнал от сферического рассеивателя, находящегося вблизи газонасыщенного дна // Труды СПбГМТУ. 2022. Т. 2. С. 122–136.
  30. Григорьева Н.С., Фридман Г.М. Рассеяние звука сферической оболочкой, помещенной в волновод с жидким дном // Акуст. журн. 2013. Т. 59. № 4. С. 424–432.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Геометрия задачи. С каждой из рассеивающих сфер связана своя система координат: для первой сферы радиуса a это , для второй сферы радиуса ã это Oyz; d – расстояние между центрами сфер. Излучатель и приемник находятся в точке M. Õũz

Скачать (75KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Функция формы эхосигнала, отраженного от акустически жесткой сферы радиуса a = 0.3 м, находящейся в изотропном водном пространстве; y = 50 м, z = 20 м; 40 ≤ f ≤ 60  кГц.

Скачать (100KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Функция формы эхосигнала, отраженного от акустически жесткой сферы радиуса a = 0.3 м, находящейся у песчаного дна; y = 50 м, z = 20 м, b = 5 м; (a) —40 ≤ f ≤ 60 кГц, (б) — 55≤ ka ≤ 60 . Пунктирная линия — функция формы для эхосигнала от сферы, находящей в изотропном водном пространстве.

Скачать (234KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Функция формы эхосигнала, отраженного от акустически жесткой сферы радиуса a = 0.3 м, находящейся у песчаного дна; y = 50 м, z = 20 м, b = 1 м; (a) — 40 ≤ f ≤ 60 кГц, (б) — 55≤ ka ≤ 60 . Пунктирная линия — функция формы для эхосигнала от сферы, находящей в изотропном водном пространстве.

Скачать (174KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Функция формы эхосигнала от двух акустически жестких сферических рассеивателей радиуса 0.3 м, находящихся в изотропном водном пространстве; y =50 м, ỹ = 45 м, z = z = 20 м, d = 5м; (a) 40 ≤ f ≤ 60 кГц, (б) — 55≤ ka ≤ 60 .

Скачать (260KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Функция формы эхосигнала от двух акустически жестких сферических рассеивателей радиуса 0.3 м, находящихся вблизи дна; e = 50 м, ỹ = 45 м, z = z = 20 м, b = 5 м, d = 5м; 55≤ ka ≤ 60 . Пунктирная линия — функция формы двух сферических рассеивателей, находящихся в изотропном водном пространстве.

Скачать (122KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Функция формы эхосигнала от двух акустически жестких сферических рассеивателей радиуса 0.3 м, находящихся вблизи дна; y =50 м, ỹ = 45 м , z = z =20 м, b = b = 1 м, d =5 м; 55≤ ka ≤ 60 . Пунктирная линия — функция формы двух сферических рассеивателей, находящихся в изотропном водном пространстве.

Скачать (131KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024