Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Влияние нелинейности, стратификации и границ раздела сред на распространение акустических волн в океане и атмосфере
ВАК РФ 04.00.22, Геофизика
Автореферат диссертации по теме "Влияние нелинейности, стратификации и границ раздела сред на распространение акустических волн в океане и атмосфере"
Г| о ии
1 9 ДПР 1393
РОССИЙСКАЯ АКАДЕГШ НАУК ИНСТШТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ
На правах рукописи
ПЕТУХОВ ЮрзЗ Васильевич
ВШНИВ НЕЛИНЕЙНОСТИ, СТРАТ ИЭДКАЦИИ И ГРАНИЦ РАЗДЕЛА СРЕД НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В СКЕАНЕ И АТМОСФЕРЕ
04.00.22 - геофизива
Авторафвр а т
диссертации на соисвание ученой степени довтора физиво-математичесних наув
Нижний Новгород - 1993
Работа выполнена в Научно-исследовательском радиофизическом институте ЫНБШТП РФ и Институте прикладной физики РАН, г.Ниа ни! Новгород
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,
профессор ШЕАТСВ С.Н.
член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, профессор 2ВЕР23 В.А.
доктор физико-иатеьатических наук, профессор КРАВЦСВ Ю.А.
Ведущая организация: Институт океанологии иы.П.П.Ширшова РАН
(г.Москва)
Защита состоится "М- " 1993 г. в часов на
заседании Специализированного совета Д 003.38.01 при Инстит уте прикладной физики РАН по адресу: 603600, г.Нижний Новгород, ГСП--120, ул.Ульянова, 46.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Ерик-ладной физики РАН.
Автореферат разослан " 5" " ОЛлАМЮуА/ 1993 г.
Ученый секретарь
Специализированного совета,
доктор физ.-шт.наук, Ч77 О
профессор ^(Ч^Г Ю.В.ШШВ
ОЕВДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность теш диссертации. Неослабеваодее внимание уделя-зтся исследованиям процессон генерапии, распространения и взаимной ¡трансформации низкочастотных акустических, акустико-гравиталионных, ;ейсмоакустических п сейсмических сигналов в природных средах. В зкеане актуальность этих исследований, начатых еще на самых первых этапах развития подводной акустики и морской геофизики, во многой збусловлена дальнейшим развитием и совершенствованием дальней под-годной связи, навигации, гидроакустического телеуправления, з так-12 - разработкой методов глобального мониторинга Мирового океана, :истем подводного видения искусственных и- естественных неоднород -шстей, методов изучения слоистой структуры осадочной толщи дна. * атмосфере актуальность подобных исследований, начатых такхе срав-Штельно давно, вызвана разработкой методов акустической томогра -зии ее верхних слоев (стратосферы, мезосферы, термосферы), а так -£в - моделей динамических процессов взаимодействия природных сред - литосферы, гидросферы, атмосферы, ионосферы и магнитосферы Земли 1ря высокоэнергетических процессах е литосфере, океане и нианей 1тмосфзре (тропосфере). Вполне естественно, что при решении соот -'етствупцих задач в вышеперечисленных областях исследований исподь-зувтся источники интенсивных низкочастотных волн давления, менее зсвго затухающих при распространении на дальние и сверхдальние рао->тояния в океанических и атмосферных волноводах^ В настоящее время Vи возбуждения мощных импульсных волн давления в океане широко ис-юльзуптся электроразрядные, пневматические и гидравлические ис -сочники, а такке наиболее традиционные взрыЕные источники, в кото-зых применяются газообразные и твердые Езрывчатнё вещества; в ат-юсфере же интенсивные низкочастотные акустические сигналы генери-зувтся при детонации твердых взрывчатых Ееществ а детонации или
дэфла грации топлизно-воздушвых смесей. В последнее время для ис -следований Мирового океана разработаны также достаточно мощные шд-водные источники низкочастотных гармонических сигналов, однако в исследованиях атмосферы ситуация осталась неизмзнной.
Исследования распространения интенсивных акустических волн, а именно взрывных волн, в океане и атмосфере можно,в некотором смысле условно, подразделить на четыре этапа,различных по методам описания наблвдасзихся при этом явлений:
- изучение начальной стадии взрыва и распространения взрывных волн в непосредственной близости от источника, когда определяющим фактором является нелинейность среды,движение контактной границы расширяющихся продуктов детонации, а также послепотон среды за ударным фронтш;
- рассмотрение последующей динамики слабых взрывных волн в области расстояний, где совместно проявляются эффекты нели -нейности и стратификации среды;
- описание дальнего и сверхдальнего распространения акусти -ческпх волн, при котором основную роль играют границы раздела и стратификация сред;
- исследование возбуждения акустическими волнами поверхност -ных акустико-гравитационных, сейсмоакустических, гравита -ционных гидродинамических и сейсмических волн, распростра -няющихся вдоль границ раздела соответствующих сред.
Изльв работы является теоретическое исследование влияния нелинейности, стратификации и границ раздела сред на генерацию,распространение и отражение акустических волн в океанических и атмос -ферных волноводах, а также - объяснение имеющихся в литературе и, в некоторых случаях, собственных экспериментальных данных.
Научная новизна работы состоит, во-шрвых, в разработке методов:
- приближенного описания процессов генерации и распростране -вая взрывных волн в океане и атмосфере;
- идентификации взрывных процессов в океанических волноводах;
- определения акустических характеристик осадочной толщи дна океанических волноводов с использованием взрывных, широкополосных
щгмоенх я тональных акустических сигналов;
во-вторых, в установлении ряда вовых, неизвестных ранее, язленяй:
- нелинейного отражения сходящейся волны разрехеная в однородной среде на определенном расстоянии от геометрического фокуса;
- нелинейного отрагения расходящейся волны разрежения на определенных высотах в изотермической экспоненциальной атмосфере;
- КЕазаяерясдпческого перефораирования дальних зон акустичео -кой осЕещеяностя по трассе океанического волновода о открытый к поверхности подводным звукоЕыа каналом;
- минимального дифракционного расплывания зон конверте нп ан акустического поля на определенной частоте в океаническом волноводе с открытым к поверхности подводным звуковым каналом;
- существования преобладавшего по интенсивности поля у з к ого акустического пучка с минимальной геометрической расходимость!) его волнового фронта при распространении в стратифицированном океани -ческом волноводе;
- формирования зон повыаенной озвученностп в океанических волноводах с открытка ко дну подводным звуковым каналом;
- увеличения интенсивности донных отражений с ростом их крат -ностя до определенного значения на фиксированном расстоянии;
- существования пространственно-частотной интерференпио иной структуры рассеянного дном акустического поля;
в-третьих, в установлении неизвестных ранее фундаментальных дисперсионных свойств и закономерностей в поведении коэффициентов возбуждения от частоты у гидродинамической гравитационной, атмосфе р н о й акустино-граЕпталионной, атмосферной сейсмоакустической и донной сейсмической поверхностных волн, возбуздаемых подеодным источником, а именно:
- наличия ссотне-стЕупщих критических частот, лишь ниже кото -рых сущестгувт акустико-гравитапионная, сейсмоакустическая и сейсмическая поверхностные волны;
- существования резонансных максимумов в коэффициентах возбуждения соответствувщих поверхностных еолн, кроме сейсмической, на определенных резонансных частотах;
е-четвертых, в разработке объяснявших результаты экспериментальн ых исследований аналитических моделей явлений:
- аномального изменения импульса ударной волны с расстоянием в
воде в воздухе;
- уменьшения затухания слабых взрывных волн в океане и атмосфере на низких частотах;
- отражения взрывных волн от верхнее стратосферы и формирования областей аномальной слышимости (оззученности) в нижней тропо -сфере;
- увеличения потерь при распространении низкочастотных анус -чических сигналов в многомодовых океанических волноводах с приближением ворреспондирувдих точек к свободной поверхности или во дну;
- изменения дисперсионного расшивания, а также длительности звучания взрывных сигналов с гдубиной приема и расстоянием в однородных и плавно-неоднородных по трассе океанических волноводах;
- формирования пространственно-частотной интерференционн о й отруктуры акустического поля в однородных, плавно-неоднородны х и существенно неоднородных по трассе мелководных океанических волео-водах; .
- обратного отражения звукового пучка от плоской границы раздела жидкости с упругш полупространством, моделирующим достаточно жесткие консолидированные осадки.
Научная и практическая значимость работы состоит в значительном расширении представлений о явлениях, наблвдащихся при генерации, распространении и отражении взрывных волн, а также - формировании низкочастотных звуковых, сейс^оакустических и акустико-гра -витационных полей на дальних и сверхдальних расстояниях в океане и атмосфере, вследствие чего полученные в диссертации результаты позволяют:
- составить замкнутую схему приближенного расчета параметров и спектральных характеристик взрывны* волн в стратифициро -ванных океанических и атмосферных волноводах;
- прогнозировать эффекты, проявляющиеся яри дальнем и сверх -дальнем распространении низкочастотных звуковых, сейсмо -акустических и акустико-гравитационных волн в океане и атмосфере;
- предложить апробированные в натурных условиях эффективные тодн определения акустических характеристик осадочной толщи
дна шсоашгазсвнх волноводрв.
Основные положения. выносимые на защиту. в диссертация офор -цулированы в следу щей вице:
1. Традиционное приближение Кирнвуда-Бете качественно обьяо -□лет экспоненпиальпуп зависимость давления от временя в подвода о 2 ударной волне вблизи источника в точно описывает нелинейнуп трансформации ее при распространении на значительных расстояниях от него в однородной среде, однако не позволяет рассчитывать всю форму 150-филя взрывной волна, поскольку не учитывает существование послепо-тока среды за ударным фронтон.
2. РЛздпфипнрованнов приблигение Кпрквуда-Бете, учитывав а е е послепотов среды, позволяет корректно описывать, во-первых,во всей области расстояний полный профиль взрывной волны в однородной жидкости, включая ударнуо волну и последу пене пульсации давления,обуо-ловленныа колебаниями газового пузыря; во-вторых, сходязцуося волну разрешения в расширявшихся продуктах взрыва до момента ее стразе -ния на определенном от центра симметрия расстоянии, после которого формируется сходящаяся ударная волна.
3. Приблигение нелинейной геометрической акустики позволяет за областьп существенного влияния послепотока среды корректно описывать изменения форш профиля, параметров и спектра взрывной волны при ее распространении в океаническом волноводе с изменяющимися в пространстве температурой, гидростатическим давлением,соленостью и параметром нелинейности.
4. Взрывному процессу в океане сопоставляется эффективный точечный источник акустической волна, параметры которой зависят от модности в глубины подводного взрыва, что позволяет на значитель -ных расстояниях в океаническом волноводе по спектральным характе -рнстнкам гидроакустических п сейсмоацустических сигналов опредв -лить его мощность.
5. При вертикальном распространении возбуждаемой приземным источником взрывной еолны в изотермической атмосфере на определенной высоте возникает нелинейное отражение в фазе разрежения. Чисто нелинейное отражение Есей взрывной волны наблвдаегся лишь на границе атмосферных слоев с различавшимися значениями параметра нелиней -носгн.
6. Приближенная теория, учитывавшая нелинейную трансформации спектра взрывной волны только при однократной распространении до верхней границы отратооферы, а линейную дифракцию - лишь при отрази нап от этой границы, объясняет формирование вдоль земной поверхности зон аномальной слышимости при приземных взрывах в атмосфере,
Т. Атмосферная кодифицированная поверхностная еолнэ I эмба, распространяющаяся вдоль гранипн раздела изотермической атыоофе р в о жидкостью, существует лишь ниже фундаментальной критической частоты, а в коэффициенте возбуждения этой волны имеется узкий максимум на определенной резонансной частоте.
8. Сейсмоакустическая поверхностная Еолна Стоунли-П!олтэ-Лзм -ба, распространяющаяся вдоль гранипн раздела изотермической атмосфера с океаническим волноеодом, моделируемым слоем жидкости на упругом полупространстве, существует лишь ниже определенной крити -ческой частоты, а в коэффициенте возбуждения этой волны имеются та резонансных максимума. Сейсмическая Еоляа Рэлея становится также поверхностной - непереизлучающей - ниже характерной для нее критической частоты.
9. Влияние эффектов интерференционного подавления акустичес -ких волн свободной поверхностью или дном е многомодоеых океанических волноводах приводит в определенных диапазоне частот и области дистанций, во-первых, к увеличению на фиксированном расстоянии интенсивности донных отражений с ростом их кратности до определенной величины, начиная о которой, наблюдается обычная спадающая зависимость; во-вторых, к увеличению потерь при распространении.
10. Распространение низкочастотных акустических сигналов в глубоководных океанических Еолнонодах с открытым к свободной по -взргности подводным звуковым каналом сопровождается в определенных диапазонах частот проявлением эффектов квазипериодического переформирования по трассе дальних зон акустической освещенности и мини -мального дифракционного расшпгеания зон конвергенции акустического поля.
11. При многомодоеом распространении акустических сигналов в океанических волноводах со звуковым каналом гсегда формируется выделенный по интенсивности узкий пучок с минимальной геометрической расходимостью волнового фронта, существующий даже при полном перекрытии зон конвергенции поля в открытом к поверхности канале ищи-
водящий к появлении зон поЕыаенной озвучепности при полном внутренне» его отраяэяяи ог осадочной толщя в придонном илп открытом ко дну каналах.
12. При распространении пярокололосннх импульсных сигналов в океаническом волноводе частотная зависимость времени их звучан а я трансформируется от характерной для еолноводной дисперсии водной волны в мелком море до типичной для канальной дисперсии в глубо -ком море, при этом тем трансформации замедляется с умекьше н я в и глубины водного слоя по трассе, а влияние на нее рассеянных и грунтовых волн проявляется заметно лишь на относительно низких часто -тах и определенных глубинах корреспондирующих точек.
13. На формирование пространственно-частотной интерференционной структуры широкополосного звука в мелком море в низкочастотной диапазоне и близлегкащей к источнику пространственной области с у -щественно влияют сейсмические волны, вследствие затухания которых эта структура сильно изменяется на малых расстояниях. При доста -точной протяженности мелководного участка океанического волновода, когда поле в нем определяется липь низпими модами, в более глубоководном районе океана, расположенном за резким береговым склоном, в определенных диапазоне частот и области расстояний формиру е т с я характерная для мелкогодного участка волновода интерференционная структура широкополосного звука.
14. Использующие источники широкополосных импульсных сигналов модифицированные методы отраженных волн при нормальном и наклонном падениях, а таялв гетод доплзровской томографии, сочетающий синтезирование апертуры с доплеровскими эффектами при анализе поля давления, возбуждаемого движущимся источником гармонических сигналов, позволяют определять акустические характеристики осадочной толщи дна в глубоководных океанических волноводах.
15. Использующий дгизущийся источник непрерывных широкополосных сигналов сейсмоакустический метод интерференционной мо д о в о й томографии и метод интерференционной доплеровской томографии, сочетающий синтезирование апертуры с доплеровскими эффектами при анализе интенсивности звукогого поля, Еозбукдаемого движущимся источником гармонических сигналов, позволяют определять акустачес к а е характеристики осадочной толщи дна и их изменения по трассе в мелководных океанических волноводах.
16. Обратное отражение звукового пучка конечной пир инк от плоской границы раздела жидкости с упругим полупространством фор -мируется при рэлеевском угле падения вытекавшей еодной, что позволяет использовать дазное явление при определении скорости сдвиговой волны в достаточно гесткой консолидированной осадочной толще дна океана.
17. В океанических волноводах формируется пространственно-частотная интерференционная структура рассеянного дном акустического поля, аналогичная когерентной компоненте поля и исчезающая с ростом частоты излучения.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладыва -лись на УП и X Всесоюзных симпозиумах по дифракции и распростране -нив волн (Ростов, 1977; Винница, 1990), I съезде советских океанологов (Москва, 1977), IX Всесоюзной околе по статистической гидроакустике (Геленджик, 1977), Всесоюзном симпозиуме "Нелинейные волны деформации'ЧТаллин, 1978), ¡.кеду пар одном симпозиуме по не ли -нейноЬ акустике (Парик, 1978), Х1У Тихоокеанс к о ы международном научном конгрессе (Хабаровск, 1979), Ш, У и 71 Всесоюзных школах "Акустика океана" (Звенигород, I9S4, I9E8, 1990), Всесоюзном совещании по проблеме цунами (Горький, 1964; Обнинск, 1985), У Всесоюзной конференции "Технические средства изучения и освоения океа -на" (Ленинград, 1985), XI Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991), международной своде "Динамические и стохастические волновые явления" (Н.Новгород, 1992), а такге четырех семинар а х по проекту "Акустика" Общегосударственной комплексной программы "Мировой окевн" под руководством Л.М.Бреховских, семинарах НИРФИ, ИШ АН СССР, АКШ и опубликованы в 48-и статьях, в трудах 3-х конференций и симпозиумов и 3-х препринтах НИРФИ (см./1-54/).
Личный вклад автора. Все 54 работы по теме диссертации написаны автором, причем большинство теоретических работ, а именно 25 из 36-и, выполнены без соавторов. В 18-и работах, где приведены ре -зультаты экспериментальных исследований, автор цринимал непосред -ственное участие в обработке экспериментальных данных или сам проводил ее, а также интерпретировал обнаруженные при этом закономер -ности.
10
Структура и объем работы. Диссертация, представляющая с обой подготовленнуи к печати монографии, состоит ия введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы (всего 803 стр.); причем ввлвчает титульный лист и оглавление в стр.; 519 стр.пе четного тенета, 187 рис. (216 стр.иллюстраций) и 733 наименования библио -графин (62 стр.).
КРАТКОЕ СОДЕРЕАНИЗ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность выбранной темы исследовэ -ний, сформулированы цель работы и основные положения, выносимые на защиту, 8 такге кратко изложено содержание диссертации.
В первой главе с использованием приближенных тетодон рассмот -рены процессы генерации взрывных волн и их распространения непос -редственно вблизи источника, где существенное влияние на параметры взрывных волн оказывают нелинейность среды, движение контактной границы распиряющихся продуктов детонации, а тзкже послепоток среды за ударным фронтом. Здесь на примере автомодельных задач выяс -вены возможности и определены погресности стандартного приближения Кирнвуда-Бете при описании взрывных процессов в бедности и воздухе. Рассмотрено влияние послепотока среды за ударным фронтом на изменение с расстоянием импульса давления ударной и всей взрывной волны. Предложено модифицированное приближение Кирквуда-Бете, позволяющее корректно рассчитывать параметры расходящихся и сходящих -ся нелинейных волн давления. Рассмотрено также распространение волны разрежения в расширяющихся продуктах взрыва. Основные ре -зультаты й» 1-6 атой главы опубликованы в работах /1-9/.
Во второй главе рассмотрено распространение слабых взрывных волн з стратифицированном океане в области расстояний, где проявляется совместное действие нелинейности и неоднородности океани -ческой среды. Здесь с использованием приближения нелинейной гео -метрической акустики исследованы изменения с расстоянием парамет -роз и спектра взрывных волн, распространяющихся по рефрагированн ым и отраженным от свободной поверхности океана лучам. Исследов а на
А
II
также возможности сопоставления взрывному процессу в океане эф -фектиЕНого точечного источника акустических волн, параметры которых зависят от эквивалентного веса заряда и глубины его детоншии, и - корректного определения энергии подводного Езрыва по спект -ральным характеристикам гидроакустических и сейсмоакустических сигналов в океаническом ЕолноЕОде. Основные результаты 7-11 этой главы опубликованы еработах /10-20/.
В третьей главе с использованием приближения нелинейной гео -метрической акустики рассмотрено распространение слабых взрыв н ы х волн в стратифипироЕанной атмосфере. Исследовано нелинейное отра -жение фазы разрежения ео взрывной волне, распространявшейся в Со -лее Еысокие слои атмосферы в строго вертикальном направлении. Рассмотрено влияние эффектов линейной и нелинейной ретракции, линей -ной дифракции, а также нелинейной трансуормапии спектра взрывных волн на их отражение от верхней границы стратосферы. Изучено про -хождение слабо и сильно нелинейных волн давления через грани п у раздела сред с различнши значениями скорости звука, плотности и параметра нелинейности. Здесь также исследованы дисперсионные свойства и определены частотные зависимости коэффициентов возбуждения акустйко-граЕИтапионных, сейсмоакустических, гравитационных гидродинамических и сейсмических поверхностных волн, генерируемых эквивалентным подводному взрыву точечным источником и распространяв -щихся едоль границы раздела атмосферы с океаническим волново дом, моделируемы:,! слоем жидкости на упругом полупространстве. Основные результаты .14 12-17 этой главы опубликованы в работах /21-28/.
В четвертой главе рассмотрено дальнее и сверхдальнее распространение низкочастотных акустических, а также сейсмоакустичес к и х сигналов е океанических Еолноводах, на формирование поля в которых влияют лишь акустические свойства границ океана и стратифик а п и я скорости звука в водном слое. Исследовано влияние эффектов интер -ференпионного подавления волн свободной поверхностью или дном снэа-на на изменение интенсивности донных ограгзний с ростом их крат -ности, а также - увеличение потерь при распространении. Рассмотрено влияние дифракционных эффектов на формирование зон конвергенции и дальних зон акустической освещенности в глубоководных океаничес-
ких волноводах с открытым к поверхности звуковым каналом, а также - зон повышенной озвученноств - с каналом, открытым ко дну. Проанализированы дисперсионные эффекты, наблюдавшиеся при распростране -нии взрывных сигналов в однородных и неоднородных по трассе окаа -нических волноводах. Изучено пространственно-частотное распределение интенсивности широкополосного звука в однородных, плаЕно-неод-нородных и существенно неоднородных по трассе мелководных океани -ческих волноводах. Основные результаты й» 18-29 этой главы опубликованы в работах /29-41/.
3 пятой главе выполнены исследования акустических характеристик осадочной толщи дна океанических волноводов, существенно влияющей на формирование низкочастотного акустического поля е мелко -водных и глубокойодных районах Мирового океана. Здесь модифипиро -ваны традиционные методы отраженных волн при нормальном и наклон -ком падениях, а такне разработаны новые методы доплеровской томо -гравии и пнтер^ерешгаонной кодовой томографии дна, которые апробированы в натурных условиях. Исследована пространственно-частотная интерференционная структура рассеянных дном широкополосных импульсных з тональных звуковых сигналов. Рассмотрено явление обрати ого отражения звуковых пучков от плоской границы раздела аадкости супруги« полупространством и предложено использовать его для опреде -ления скорости сдвиговой волны в достаточно аестких консолидиро -ванных осадках. Основные результаты №'а 30-37 этой глаЕЫ опублико -наны в работах /42-54/.
В заключении офорыулированы основные результаты выполнен них исследований, доказывающие выносимые на защиту положения.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
I. 3 рамках традиционного метода Кирквуда^Бете получено приближенное аналитическое решение для формы профиля ударной волны еблизи источника, возбукдаемсй при детонации взрывчатого вещест в а в воде. Показано, что постулируемая в этой теории на основе обоб -щения экспериментальных данных экспоненциальная зависимость отвре-
меня давления в ударной волне является, на самом деле, "предель -ным" решением этого прибликения, характеризующим наибольшую скорость спадания давления за фронтом еолнн, возбуждаемой в слабосжи-ыаеыой жидкой среде сильной кратковременной нагрузкой (ударом).Установлено, что, в отличие от параметров ударного фронта, зависящих от амплитуды детонационной волны, постоянная времени ударной еолнн определяется лишь размерностью задачи и отношением радиуса облас -ти, по транше которой наносится удар, к скорости звука в жидкое -ти.
2. С использованием традиционного метода КиркЕуда-Бете иссле-доЕано влияние нелинейной трансформации формы профиля ударной волны аа законы изменения ее параметров с расстоянием. Получены уравнения, описывающие эеолвцию ударного фронта. Выяснено, что после -довательный учет нелинейных э>$ектов, е отличие от широко исполь -зуемого на практике пикового приближения, где предполагается неизменной экспоненпиальяость формы профиля ударной волны, приводит к асимптотическому закону изменения ее длительности с расстоянием, согласующемуся с результатами теории коротких еолн, и не обьясня -ет, как считалось ранее, замедленный по сравнению с геометрической расходимостью спад импульса давления ударной волны с расстоянием.
3. Для объяснения зависимости импульса давления ударной еолнн и полного импульса Есей Езрывной волны от расстояния из уравне н ий гидродина-лш! и законов сохранения на ударном фронте полу ч е н ы приближенные уравнения, описывающие изменения соответствующих ве -личин, аналитические реаения которых позеолили установить: I- наблюдающийся е экспериментах аномальный, замедленный по сравнению с геометрической расходимостью, спад импульса давления ударной волны с расстоянием обусловлен существованием за ее фронтом послепотока среды, который оказывает заметное елиянив на временной проф и л ь езрыеной еолны в слабосзпмаемых нидких средах; 2 - влияние после -потока среды за фронтом взрывной еолны приводит к дополнительно и у уменьшению ее полного импульса. Выяснено такие, что аномальное поведение импульса давления ударной волны е сильносжимае.-шх средах обусловлено, в осноеном, передачей ей определенного количо с т в а анергии расширяющимися продуктами взрыва.
4. Исследованы погрешности традиционного метода Кирквуда-Бе-
те, возникающие при описании процессов генерации ударннх волн в различных средах. В этой приближении подучены аналитические решения в автомодельной задаче о возбужденна еолз расширяющимися сферическим и цилиндрическим поршнями. Проведено сравнение с результатами чпсленчых расчетов точных уравнений движения. Показано: I - погрешности этого метода значительно болызе для сфериче с к о й симметрии и возрастают с увеличением показателя изоэнтропы среда; 2-е ростом скорости расширения дораня величина погреин остей сначала увеличивается, а затем уменьшается. Выяснено, что все ошибка традиционного метода Клрквуда-Бете обусловлены, в основном, чеучетом послепотока среды за ударным фронтом.
5. 3 автомодельной задаче о порине получены являющиеся точ -ннмн лшаь для случая плоской симметрии аналитические зависимое т я от скорости расширения поршня следующих параметров: давления на его транше и ударном ф р онтэ, импульса давления а яинамичвеко г о импульса ударной волны, а такта ее длительности, которые пред стагляют интерес для описания пропзссов генерации ударных волн р различных средах в саше начальные моменты времени. Выяснено, что точность этих приближенных зависимостей возрастает с увеличен и вм скорости движения границы поршня я с уменьшением показателя изо -энтропы среди. Установлено, что имеющиеся в литературе результаты численного моделирования дают для зависимости давления на границе сферического поршня от скорости ее движения существенно занижен -нне значения, по сравнению с корректными численными и приближен -ними аналитическими расчетами.
6. Предложена модификация метода Кирквуда-Бете, учитываемая существование послепотска среды за фронтом волны и позволяющая , тем самым, корректно описывать полный профиль взрывной волны в жпдкоподобных средах с учетом последующих пульсаций .дав л е н и я, обусловленных колебаниями продуктов взрыва. 3 рамках этого прнб -лишения исследованы изменения параметров и спектра взрывной волны в «йгыо с глубиной взрыва и с расстоянием до источника, которые сопоставлены с имеющимися в литзратуре экспериментальными закономерностями для соответствующих величин. С использованиям модифи -пирсвангсго метода Кирквуда-Бете рассмотрены также еолновко процессы в газообразных продуктах взрыва, расширяющихся е зидкоста, и установлено неизвестное ранее явление полного отражения сходя -
щейся нелинейной еолны разрежения на определенном, увеличивающемся с ростом начальной амплитуды давления е ней, расстоянии от пентра симметрии, обусловленное уменьшением скорости звука и увеличением по абсолютной величине числа Маха в сфокусированной Еолне разрежения. На основе этого явления дана физическая интерпретация эффекта формирования сходящейся к центру ударной волны в расширявши х с я продуктах взрыва.
7. 3 приближении нелинейной геометрической акустики получе н ы уравнения, позволяющие описывать изменения формы профиля, параметров и опектра взрывной волны при ее распространении е стратлфипи -роЕанном океане с изменяющимися в пространстве температурой, соленостью и гидростатическим давлением. Для ударной волны с первона -чально экспоненциальной формой профиля получены аналитические зависимости амплитуды, длительности, импульса и энергии от расстояния, сравнение которых с соответствующим эмпирическими закон а м и показало, что существует хоропзе согласие для амплитуды и энерги и ударной еолны. Выяснено, что наблюдающиеся на малых дистан п и я х расхождения в законах для длительности и импульса имеют место из-за ноучэта в этом приближении влияния послепотока среды за фрон -том.
8. На примере плоскослоистой модели океана с линейной зависимостью скорости звука, плотности и параметра нелинейности от глу -бины с использованием приближенных аналитических и численных рас -четов исследовано влияние стратификации океанической среды на за -коны изменения параметров ударной волны с расстоянием. Показано , что оуаествуют определенные области океанического волновода, в которых совместное Елияние нелинейности и неоднородности среды при -водит к изменению давления наударном фронте, характерному для од -нородной среды без учета ее нелинейности.
9. Исследована трансформация спектра взрывной волны, распространяющейся вдоль еодного луча. Показано, что с ростом расстояния влияние нелинейных эффектов приводит в спектре взрывной волны к увеличению отнормированной на геометрическую расходимость интен -сивности в частотном диапазоне ниже чаете-¿а первой пульсации, качественно согласующемуся о тлеющимся в литературе экспериментальными данными. Доказано, что аналогичное поведение низкочастотного диапазона спектра ударной волны может наблюдаться лишь в области
расстояний, -где имеет место аномальное поведение ее импульса дав -ления. Зыяснено, что влияние нелинейных эффектов вносит определенный вклад в повышенное затухание взрывного звука в океане на час -готах ниже 10 кГп.
10. Для приповерхностного и глубоководного Езрывов исследованы изменения параметров и' трансформация спектра импульсного сигнала, возбуждаемого при отражении ударной волны от свободной поверхности океана. Показано: I - в определенной области расстояний амплитуда отраженного импульса по абсолютной величине больше амплитуды япрямой,'ударной волны, приходящей в ту же точку приема; 2 - в спектре отраженной волны нелинейные эффекты приводят к увеличен и в отнорми ро ванной на геометрическув расходимость интенсивности на низких и к ее уменыпенив на высоких частотах. Выяснено, что обна -руженные закономерности объясняют имевшиеся в литературе экспери -ментальные данные.
11. Взрывному процессу в океане сопоставлен эквивалентный точечный источник акустических волн давления, параметры и спектральные характеристики которых зависят от глубины и мощности взрыва. Предложен метод определения тротилоЕого эквивалента взрывного процесса в океаническом волноводе, использувщий лишыидроакустические сигналы, для реализации которого необходима временная запись дан -ления по меньшей мере в трех не лежащих на одной прямой точках волновода, что позволяет найти расстояние до источника, надежнее оп -ределить частоту модуляции в спектре взрывного сигнала, обратно пропорциональную периоду первой пульсации продуктов взрыва,и спектральную плотность потока энергии на этой частоте, необходимые при решении полученного уравнения для веса заряда. Разработан т а к х е метод определения тротилового эквивалента по частоте модуля пин спектра гидроакустического сигнала, зависящей от глубины и мощности взрыва, и дополнительной частоте модуляции спектра сейсмоакус -тпческого сигнала, зависящей лишь от глубины взрыва и отношения скоростей зЕука в жидкости а дне. Апробирование последнего метода с использованием имеющихся в литературе экспериментальных дан н ы х показало его высокую точность по сравнению с первым, обусловленную отсутствием в полученном выражении для веса заряда амплитудных параметров гидроакустических и сейсмоакустических сигналов.
12. Теоретически установлено ранее неизвестное явление нели -нейного отражения расходящейся волны разрежения в изотермическ о й экопоненпиальной атмосфере на определенной, уменьшающейся с ростом ее амплитуды, критической высоте, обусловленное увеличением абсо -лютного значения числа Маха, а также уменьшенном локальной скорости звука в такой волне с ростом высоты и характеризующееся сменой знака на противоположный у скорости распространения соответствую -щего учаотка профиля волны разрежения. Для экспериментального об -наруаения эффекта нелинейного отражения, проявляющегося в высок и х слоях атмосферы, предложено использовать известный метод доплеров-ских измерений в отраженном от возмущенной взрывной волной ионо -сферы радиосигнале, позволяющий непосредственно идентифицировать фазы сжатия и разрежения в акустических Еолнах, генерашш которых предпочтительнее осуществлять детонацией газовых и дефлаграп и е й топливно-воздушных смесей в атмосфере.
13. С целью моделирования процессов взаимодействия атмосфер -ных взрывных еолн со слоем облаков, аналитически и численно исслз-доЕано отражение плоских ударных и римановых волн при нормаль ном прении на гранипу раздела сред с различными значениями плотности, скорооти звука и параметра нелинейности. Для сильно неляней ных еолн, когда необходим учет их взаимодействия на границе раздела, показано, что, Ео-первых, коэффициент прохождения ударного фронта с ростом его амплитуды стремится к определенному значению, зависящему от акустических характеристик сред, во-вторых, аналогичное поведение наблюдается и для римановой еолны, однако, в заЕисиыост и от разности параметров нелинейности сред, могут достигаться три различных асимптотических значения его величины.Для слабо нелинейных еолн в квадратичном приближении, не учитывающем их взаикодей -ствия на границе раздела, получены аналитические Еыракеняя для коэффициентов прохождения рассматриваемых двух типов волн, совпадающие лишь при одинаковых значениях скорости звука и плотности среды в граничащих средах.
14. Разработана аналитическая модель явления отражения еоз -буждаемых приземным источником Езрыгных волн давления от верхн е й отратосферы, где скорость зЕука меньше соответствующей велзч и н ы вблизи поверхности Земли, учитывающая нелинейную трансформа п и ю формы профиля, линейную и нелинейную рефракцию еолны при распрост-
ранении, а дифракционные эффекты - лишь при отражении ее от верхней граница стратосферы. Выяснено, что, в отличие от существугщегов литературе ошибочного мнения, нелинейная рефракция препятствует воз -никновению точек поворота соответствующих лучей ниже мезосферы и поэтому не может приводить к отражению взрывных волн от верхней стратосферы. Показано, что лишь проявлением дифракционных эффектови нелинейной трансформацией сшктра сигналов в низкочастотный диапазон можно объяснить тлеющиеся в литературе экспериментальные данные по отражению взрывных волн от верхней стратосферы и формированию до -полнительных областей аномальной слышимости, расположенных ближе в источнику по сравнению с аналогичными областями, обусловленными отражением взрывных волн от нижней термосферы.
15. С использованием простейшей изотермической модели атмос -феры, граничащей с однородным жидким или упругим полупространства -ми, моделирующими Землю, исследованы дисперсионные свойства существующих в таких системах поверхностных волн. Показано, что в модельной системе с жидким полупространством существует, причем лииь на частотах ниже определенной критической частоты, только модифици -рованная сверхзвуковая (по отношению к всздуху) поверхностная волна Лэмба с увеличивающейся при понижении частоты скоростью раса -ространения, переходящая, в предельном случае абсолютно жесткой границы раздела, в стандартную поверхностную волну Лэмба, существую -щую во всем диапазоне частот и распространяющуюся со скоростью звука. Выяснено, что в модельной систем с упругим полупространством во всем диапазоне частот существует лишь дозвуковая поверхност н а я волна Стоунлн-Шолтэ с уменьшающейся при понижении частоты скоростью распространения. Установлено, что ниже определенной критичесн о й частоты прежде вытекающая волна Рэлея становится также поверхностной с увеличивающейся при понижении частоты скоростью распростра -нения; поэтому в рамках последней модельной системы "одновремен -но" существуют две непереизлучающие поверхностные волны.
16. Исследованы дисперсионные свойства поверхностных волн , распространяющихся вдоль границы раздела изотермической атмосферы с океаническим волноводом, моделируемым слоем однородной сжимаемой жидкости, лежащим на однородном упругом полупространстве, и определены частотные зависимости их коэффициентов возбуждения д д я возмущения давления и колебательной скорости в атмосфере при то-
чечном подводном источнике массы, эквивалентном взрывному процессу в океане. Показано, что лишь ниже определенной критической часто -ты, уменьшающейся с ростом глубины водного слоя до значения, соответствующего модифицированной поверхностной Еолне Лэмба, существует поверхностная волна Стоунли-Оолтэ-Лэмба, распространяющаяся со сверхзвуковой (по отношению к Еоздуху) скоростью вниз и дозвуковой скоростью ниже характерной частоты, обратно пропорциональной глу -бине водного слоя. Установлено, что в отсутствие обусловл е н вой влиянием силы тяжеоти Земля стратификации плотности атмосферн ого Еоздуха эта поверхностная волна переходит в аналогичную ей, но дозвуковую Еолну Стоунли-Шолтэ, которая здесь существует лишь ниже критической частоты, совпадающей в данном случае с характерной частотой, одинаковой для обеих еолн. Выяснено, что при реально воз -можных глубинах океана критическая частота поверхностной е о л н ы Рэлея едва заметно увеличивается с ростом глубины водного слоя, в то время, как дисперсия ее скорости существенно возрастает. Заме -чено, что, ео-первых, коэффициенты возбуждения поверхностной волны Стоунли-Шолтэ-Лэмба для возмущения давления и колебательной ско -рости характеризуются качественно одинаковыми частотпыми завися -мостями, имеющими по одному максимуму на различающихся частотах, которые стремятся к одному значению с ростом глубины годного слоя; ео-еторых, максимум коэффициента возбуждения поверхностной еолны Рэлея существует только для возмущения давления.
17. Исследованы дисперсионные свойства п определены частотные зависимости коэффициентов возбуждения модифицированной поверхностной еолны Лэмба, а также - Стоунли-Иолтэ-Лэмба и Рэлея, при уче т е непосредственного влияния силы тяжести Земли на динамику ожимаемой жидкости в соответствующих модельных системах.
Показано, что модифицированная поверхностная Еолна Л э м б а, существующая ниже определенной критической частоты, распространя -ется с увеличивающейся при понижении частоты сверхзвуковой с к с -ростью выше и дозвуковой скоростью ниже резонансной частоты, значение которой, рагное отношению ускорения сео6одного падения к скорости эазука в воздухе, соответствует пересечению частотш-гх зависимостей фазовых скоростей еолны Лэмба и гидродинамической (гравитационной) поверхностной еолны. Выяснено, что е коэффициентах воз -
Суждения модифицированной поверхностной волны Лэмбз на резонанс -ной частоте имеется узкий максимум, существенно превышающий по величине обычно существующий для поверхностных волн максимум на частоте, уменьшающейся при удалении корреспондирующих точек от границы раздела соответствующих сред.
Установлено, что учет возбуждаемой гидродинамической (грави -тационной) поверхностной волны приводит, при определенных глубинах океана и значениях скорости звука в воздухе, к пересечению частотной зависимости ее разовой скорости с аналогичной зависимостью для поверхностной веяны Стоунли-Шолтэ-Лэмба на двух резонансных частотах, которым в коэффициентах возбуждения этих волн соответству ю т узкие резонансные максимумы, наиболее выделенные по амплитуде на относительно еысокой резонансной частоте и заметно проявляющиеся дане в отсутствие пересечения фазовых скоростей этих волн,если отвечающие им величины незначительно отличаются друг от друга.
Обнаружено, что существует выделенная частота, на котор о й скорость распространения поверхностной еолны Рэлея не зависит от глубины океана, причем скорость этой волны увеличивается на более низких п уменьшается на более высоких частотах с ростом глубины еодного слоя. Выяснено также, что коэффициент возбуждения для давления в такой волне возрастает с понижением частоты, в отличие от аналогичной зависимости для поверхностной волны Рэлея в модель -ной системе без учета влияния силы тяжести на динамику жидкости.
18. Обнаружено неизвестное ранее явление увеличения интенсивности приходящих в заданную точку приема глубоководного океанического волновода широкополосных импульсных сигналов донных отражений с ростом их кратности, которое объясняется влиянием на формирова -ние поля эффекта интерференционного подавления волн при расположении источника звука вблизи свободной поверхности океана и "исче -зает", начиная с' определвнной кратности донного отражения, зависящей от расстояния между корреспондирующими точками и акустических характеристик подводного грунта. Для цростейшего изоскоростн о г о волновода подучены приближенные аналитические зависимости интвн -сивности донных отражений от их кратности, анализ которых показал, что при приеме вблизи свободной поверхности сомножитель, характе -ризувщий увеличение интенсивности, пропорционален кратности отра -
хения в четвертой степени, а при приеие вблизи дна - во второй или в четвертой степени, в зависимости от акустических свойств грунта. Численным моделированием, выполненным для условий проведения экс -периментальных исследований, установлено, что влияние стратифива -ции скорости звука в водном слое приводит к существенному "подчеркивание" этого эффекта.
19. Разработвна теория повышенных потерь при распространении непрерывных акустических сигналов определенного,зависящего от расположения корреспондирующих точек относительно границ раздела сред, низкочастотного диапазона в ыногомодовых (многолучевых) океанических волноводах, объясняющая наблюдающееся в экспериментальных исследованиях более быстрое, по сравнению с цилиндрической зависи -костью, спадание с расстоянием интенсивности тональных сигна лов проявлением когерентных эффектов интерференционного подавления поля, т.е. - короткозамкнутостью действительного и всех мнимых источников. В адиабатическом приближении подучены являющиеся проме -жуточными асимптотиками простые аналитические зависимости интен -сивности акустического поля от расстояния при различных расположениях корреспондирующих точек относительно свободной поверхности и дна в изоскоростном с поглощающим дном и изменяющейся по трассе глубиной волноводе, а также в волноводах с изменяющимися по трассе приповерхностными и подеодными звуковыми каналами, моделируемыми соответственно линейной и билинейной функциями квадрата показателя преломления от глубины. С использованием этих зависимостей проин -терпретированы имеющиеся в литературе экспериментальные данные по затуханию звука в неоднородных по трассе океанических волноводах.
20. Теоретически установлено неизвестное ранее явление квазипериодического переформирования дальних зон акустической освещен -вости пр трассе распространения низкочастотного гармонического звука в глубоководных подводных звуковых каналах, которое при задан -ных глубинах погружения корреспондирующих точек наблюдается лишь в диапазоне частот, в котором функция, характеризующая зависимость произведения амплитуд соседних мод от их номера, имеет два выделанных и сравнимых по величине максимума с соответствующими, заметно различающимися пространственными периодами интерференции, т.е. при
возбуждении двух модоеых цучвов с приблизительно одинаковыми ин -тенсивностями. Показано, что в геометроакустическом приближ в н^ии кодовому пучку с наименьшим выделенным пространственным периодом интерференции соответствует группа рефрагироЕанных лучей, а с наибольшим - взаимодействующих со свободной поверхностью. Выясне но, что модифицированное геокетроакустическое приближение, в вотор о ы изначально учитывается конечная ширина лучей при их некогерентном суммировании, позволяет описать лишь однократное шреформирование дальних зон акустической освещенности. На основе обнаруженного явления правильно проинтерпретирскны имеющиеся в литературе экспери-ментальнке данные по сверхдальнему распространению низкочастотных тональных акустических сигналов в глубоководном океаническом вол -новоде, где, как показано численным моделированием с использованием строгой модовой теории, вследствие дифракционного расплыва вия зон конвергенции и последующей интерференции полей этих зон при полном их перекрытии формируются дальние зоны акустической осве -ценности.
21. Теоретически установлено неизвестное ране"е явление мини -мального дифрзкционного расплывания зон конвергенции акустического поля в глубоководном подводном звуковом канале на определе иной, зависящей от глубины погружения корреспондирующих точек, низкой частоте, обусловленное возбуждением точечным источнивсм на этой частоте одного единственного и наиболее узкого модового пучка с минимально возможным диапазоном 'значений пространственных триодов интерференции формирующих его высших волноводных мод, эффективно взаимодействующих со свободной поверхностью океана. С использова -нием для модового представления поля ЕКБ приближения 'получены аналитические зависимости для граничных частот диапазона, в котором это явление наблюдается, согласующиеся с результатами численно г о моделирования, выполненного-в рамках стрсгого модового представления. Показано также, что, во-первых, минимальная ширина зон конЕерген -ции на выделенной частоте заметно меньше аналогичной величины, следующей из геометроакустического приближения; во-вторых, это различие существенно возрастает с увеличением номера зоны, и по -этому даже на сверхдальних дистанциях отсутствует полное шренры -
5кэ зов конвергенции на выделенное частоте.
22. С дэльа изучения особенностей распределения энергии акус-гнчзслого соля в океане по глубине и горизонтальному расстоянии, в рз^га;: строгой модовой теории выполнено численное моделиров а ние пространственной зависимости интенсивности этого поля в глубоко -волнах скегшкческих волноводах с открытым к поверхности подводным звуковой каналом при различных частотах акустического издуче н и я, генерируемого точечным источником. Установлено, что даже на сверхдальних дистанциях, где полностью перекрываются зоны конвергенции, существует вздаданный по интенсивности и весьма узкий волновой пучок с определенной траекторией, амплитуда поля вдоль которого уменьшается с расстоянием наиболее медленно, С использованием модового представления поля в ВКБ приближении показано, что этому волновому цучку соответствуют лучи с минимальной геометрической расходимостью площади поперечного сечения лучевой трубки по трассе волновода , группирующиеся около особого для геокетроакустического приближения луча, верхняя точка поворота которого находится на горизонте ис -точника, а нижняя - на сопряженной глубине, где скорость звука совпадает с аналогичной величиной на горизонте источника.
23. Определена пространственно-частотная область применимости геометроакустического приближения для описания поля в гдубоковод -ных океанических волноводах с открытым к поверхности подводным звуковым ванздом и акустически прозрачным дном. Выяснено, что при расположении корреспондирующих точек на оси канала или в непосредственной близости от нее, когда в формировании поля участвуют практически все возбуждаемые моды, погрешности ВКБ приближения для модового представления поля не уменьшаются, а, наоборот, увеяичива -ются с ростом частоты излучения; при этом одновременно сужае т с я пространственная область применимости стандартного геометроакусти-ческсго приближения - дучевой теории. Показано, что при расположении корреспондирующих точек вдали от оси канала, когда в формиро -ванш поля участвует определенная группа высших мод, соответствующая вольно одной характерной четверне лучей с заданным количеством полных циклов, погрешности ВКБ приближения в определенной близлзза-щей в источнику области волновода уменьшаются с ростом частоты, . и поэтому кодовое описание поля в этой области стремится к лучевому
описанию всюду, где выполняются условия применимости последи е го. Установлено, что обнаруженные закономерности объясняются тем, что погрешности ЕКБ приближения при определении горизонтального волно -вого числа моды увеличиваются с ростом частоты в существенно мань -шей степени, чем они уменьшаются с ростом минимального номера моды, ниже которого вклад соответствующих мод в полное поле практиче с в и равен нулю. Доказано также, что сформулированные ранее в литературе выводы о применимости лучевой теории для корректного описания раз -личных характеристик поля в соответствующих различающихся пространственных областях не являются общими, а справедливы лишь при расположении корреспондирующих точек на оси канала пли вблизи нее.
24. Теоретически предсказано и экспериментально обнаружено неизвестное ранее явление формирования, при расположении корреспондирующих точек вблизи свободной поверхности, зон повышенной озвучен -ности в глубоководном океаническом волноводе с открыты?.! ко дну звуковым, каналом, объясняющееся полным внутренним отражением от дна в достаточно узком диапазоне углов падения выделенного по интенсив -ности волнового пучка, которому соответствуют лучи с минимал ь н о й геометрической расходимостью площади поперечного сечения лу ч е в о й трубки, группирующиеся около особого для геометроакустическогоприближения луча с точкой поворота на горизонте источника. Численным моделированием с использованием строгой кодовой теории и аналити -ческими расчетами с использованием модифицированного геокетро2вус -тического приближения установлено, что, в отличие от зон конвергенции, зоны повышенной озвученности, наоборот, заканчиваются резки м спадом интенсивности поля, а повышение их контрастности с рост ом частоты излучения объясняется в основном обратно пропорциональным ей уменьшением величины'смещения выделенного волнового пучка вдо л ь границы раздела при полном внутреннем отражении. Результата выиод -ненных в трех районах Мирового океана обширных эксперименталь н ы х исследований зависимости этого явления от акустических характерно -тик осадочной толщи, степени изрезанности дне, глубины приема и частоты излучения доказали его существенную роль в обеспечении дальнего и сверхдальнего распространения низкочастотного звука при приповерхностном излучении и приеме в глубоководных океанических вол -поводах подобного типа.
2Ь. 3 рамках модового представления поля и с использоЕа ни е м приближенного аналитического описания "скользящего" спектрального анализа широкополосных импульсных сигналов, возбуждаемых при под -водных взрывах и распространявшихся в однородных и неоднородных по трассе океанических волноводах, сформулированы необходимые и достаточные условия для выделения в определенном частотном даапа з о не кодовых импульсов на плоскости частота - время звучания, которые характеризуются на этой плоскости линиями экстремальных знач е н и й спектральной плотности потока мощности. Показано, что для "сколь -зящего" спектрального анализа существует оптимальное значение времени накопления, при котором модовые импульсы разделяется наиболее отчетливо.
Экспериыенталшо установлено, что по мере рэспростран е н и я взрывных сигналов в однородных по трассе океанических волнов одах происходит трансформация частотной зависимости времени распростра -нения модоеых импульсов в водной волне от характерной для волно -водной дисперсии в мелком море, где время распространения увеллчи -z¿»2cr с понижением частота, к типичной для канальной дисперсии в глубоком море, где время распространения уменьшается с понижением частоты. Выяснено, что смена волноводной дисперсии ка канальную в водной волне происходит для высокочастотных компонентов ее спектра на меньших расстояниях, чем для низкочастотных, поскольку коэффз -циент захвата энергии акустического поля звуковым каналом увеличи -вается с ростом частоты. Обнаружено тают, что при приеме взрывных сигналов в береговом клине, даже несмотря на малую протяже нность мелководного участка волновода по сравнении с глубоководным, в результате взаимодействия мод в переходной области океанического волновода в водной волне одновременно проявляются черты, присущие волноводной и канальной дисперсиям; при этом нижняя граница диапа -зона частот , в котором еще отчетливо проявляется ьолноводная дисперсия, увеличивается с ростом расстояния.
26. Проведены исследования пространственной зависимости длительности звучания взрывных сигналов е однородных и неоднород н ых по трассе океанических волноводах. Экспериментально обнаружено, что при приеме взрывных сигналов давления на значительных расстояниях, а также глубинах, существенно превышающих гдубину оси подповерх -
йостного звукового канала и отвечаюпзпс условиям образования области "тени" для импульсов, распространяющихся по приосевым дучем, заметный вклад в изменение с расстоянием полной длительности звуча.н и я взрывного сигнала вносят взрывные волны, рассеянные на крупн о -масштабных неровностях взволнованной поверхности и крупномасштаб -ных объемных неоднородностях приповерхностной толди океаничесв ого волновода.
Установлено, что при приеме взрывных сигналов в береговом клине изменение стратификации скорости звука по трассе океанического волновода, характеризующееся увеличением эффективной сирины подводного звукового канала по направлению к источнику от береговой ли -нии, приводит к немонотонному - непропорциональному дистанции - нарастанию их полной длительности звучания по мере удаления источника в более глубокий район океана, поскольку соответствующая зависимость этой величины имеет на определенном, умевыдающемся с ростом глубины приема, расстоянии относительный гаксимум, отчетливее всего прояв -ляющийся при приеме на оси канала. Выяснено также, что на относи -тельно коротких дистанциях и при приеме вблизи дна влияние грунто -вых еолн на формирование акустического поля в мелководном участ я в океанического еолноводз приводит к появлению .минимума в зависимости полной длительности звучания взрывных сигналов от расстояния.
27. Ешолнены теоретические и экспериментальные исследования пространственно-частотной интерференционной структуры поля широко -полосного звука в однородных и плавно неоднородных по трассе мелководных океанических волноводах с использованием источников непре -рывных и импульсных сигналов. Обнаружено, что.в определенном низкочастотном диапазоне на формирование в медном море интерференционной структуры, характеризующейся на плоскости частота - расстояние ре -гулярнымя линиями экстремальных значений интенсивности акустического поля, существенно елияют грунтовые, а также сейсмические поверхностная и боковые волны. Установлено, что, во-первых, на малых расстояниях от источника интерференционная структура поля сильно изменчива в пространстве, вследствие вызванного затуханием акусти -ческой энергии в подводном грунте уменьшения с расстоянием ноли чества определяющих поле волноводных мод; во-вторых, по мере увеличения дистанции она становится все менее изменчивой, а в пределе при
двухмодовом режиме распространения представляет собой периодическ и чередующиеся интерференционные линии на плоскости частота - расстояние. Выяснено, что особенности интерференционной структуры широко -полосного звука, характеризующиеся параллельными оси частот отрезками интерференционных линий, при ыаломодовом режиме распространения в медном море присутствуют всегда в определенных диапазонах час -тот и во всей области расстояний, поэтому понятие инварианта пространственно-частотной интерференционной структуры поля имеет с мы с д не только для определенной группы мод, как считалось ранее,но и для определенных диапазонов частот (для каждого свой).
На основе обнаруженных закономерностей разработан сейсмоакус -тический метод интерференционной модовой томографии осадочной толщи дна мелководных океанических волноводов, в котором определение плотности среды, скоростей продольных и сдвиговых волн в подводном гден-те осуществляется сравнением теоретических и экспериментальных зависимостей критических частот энергонесущих мод от их номера, а также - форш соответствующих этил модам интерференционных лини й различных порядков от частоты.
28. Выполнены экспериментальные исследования пространственно-частотного распределения интенсивности широкополосного звука в мелководном океаническом волноводе с существенными изменениями генерального рельефа дна по трассе, характеризующимися резким береговым склоном, связывающим мелководный и относительно глубоководный районы моря, а также - подводными возвышенностями, расположенными в последнем. Обнаружено, что при расположении сосредоточенного источника широкополосного звука на однородном мелководном участке в бо -лее гдубоководном и нецщсродном районе волновода на определенных расстояниях от берегового склона и в соответствующем диапазоне частот формируется характерная для мелкого моря пространственно-частотная интерференционная структура поля. Выяснено, что данное явление наблюдается вследствие формирования в мелководном участке волновода модами низких номеров (с малыми углами скольжения) достаточно узкой диаграммы направленности акустического излучения на ближайшей в источнику границе берегового склона. Установлено, что цри движении источнике по глубоководному участку волновода в последнем формиру -ется интерференционная структура, целиком определяемая сигналам г,
рассеянными береговым силоном и, в незначительной степени, подводными возвышенностями; при этом в мелководном районе интерференционная структура формируется рассеянными лишь на подводных возвышен -ностях сигналами.
29. Разработан и экспериментально апробирован в глубоководном райснэ Мирового океана модифицированный метод вертикального сейсмо-профилпрования, используший широкополосные импульсные сигн алы, многократно отраженные от слоистого дна и свободной поверхности, и позволявший определять спектральные резонансы коэффициента отражения от осадочной толщи, а также их изменения по трассе океаничес -кого волновода.
30. Теоретически исследовано влияние стратификации скорост е й распространения продольных и сдвиговых волн в осадках на резонансную структуру коэффициента отражения плоских и сферических волн при нормальном и наклонном падениях. Показано, что при вертикаль -ном зондировании непрерывная стратификация скорости продо л ь в о й волны в осадочном слое приводит к существенным смещениям резонансных максимумов коэффициента отражения и изменениям их ширины лишь в относительно высокочастотном диапазоне, где длина цродольвой волны меньше характерного масштаба неоднородности, обратно пропорционального градиенту ее скорости. Установлено, что в отличие от имеющихся в литературе теоретических выводов, влияние стратификац и и скорости сдвиговой волны при наклонном падении приводит к появле -ниа в коэффициенте отражения дополнительных и более узких резоетг-ных максимумов, которые для полуконсолвдированннх осадков не исчезают даже при скользящих углах падения. Выяснено также, что от ли -чия частотных зависимостей коэффициентов отражения для плоской и сферической волн заметно увеличиваются с ростом угла падения, поскольку становится все более значительным вклад в отраженное поле как боковых, так- и вытекающих волв.
31. Разработан и экспериментально апробироган в глубоководном районе Мирового океана, где ранее проводилось бурение подводного грунта, модифицированный метод отраженных волн при наклонней падении для восстановления стратификации скорости звука а плотное т и среды в жидких осадках, в котором нзряду с традиционными зависи -ыостями от горизонтального расстояния времен распространения си -
рокополосных импульсных сигналов первого донного отражения используются также угловые зависимости коэффициентов отражения от соот -ветствуицих границ раздела в осадочной толще. Использование этого метода в океаническом волноводе глубиной 5,9 км позволило устано -вить существование приповерхностного звукового канала в самом верхнем осадочном слое и определить его параметры.
32. Обнаружена интерференционная структура донной резербера -ции широкополосного звука в глубоководном океаническом волноводе с выровненным рельефа/, дна, характеризующаяся на плоскости частота -- время звучания существованием регулярных линий экстремальных значений спектральной плотности потока мощности акустического поля и объясняющаяся высокой когерентностью рассеянных непосредстве н н о дном и отраженных предварительно от свободной поверхности сигналов. Выяснено, что интерференционная структура наблюдается у ревербзра-ционных сигналов, следующих за каждым донным отражением различной кратности, и исчезает в относительно высокочастотном диапазоне.Установлено также, что она становится менее выраженной с ростом расстояния между корреспондирующими точками, поскольку, во-первых , увеличивается промежуток времени, в течение которого в точку приема одновременно приходят импульсы давления с уменьшающимися и увеличивающимися частотами модуляции в их спектрах; во-вторых, уменьшается время звучания ревзрберационного сигнала, вследствие уменьшения площади озвученной области дна, формирующей рассеянные вол -ны, распространяющиеся к приемнику без отражений от дна.
33. Разработан и экспериментально апробирован в натурных условиях сейсыовкустический метод доплеровской томографии осад к о в глубоководных районов мирового океана, сочетающий синтезирование апертуры с доплеровскими эффектами при анализе поля давления, возбуждаемого в океаническом волноводе равномерно движущимся источником тоьалышх звуковых сигналов. Метод позволяет, во-первых, определять эффективные значения скорости звука и плотности среды в осадках с использованием цространственных зависимостей спектрадь -ной плотности потока мощности акустических сигналов, соответствующих донным отражениям различной кратности и разделяющихся по доп -леровским смещениям частоты; во-вторых, восстанавливать стратифи -нацию скорости продольной волны и плотности среды в осадочном слое
при сравнении теоретических а экспериментальных зависимостей от горизонтального расстояния доплеровского смещения частоты и спевт -ральной шютЕоста потока мощности сигналов двух типов - рефрагиро-ванных и отраженных от соответствующих границ в осадках.
34. Разработан и экспериментально апробирован в натурных ус -ловиях метод определения угловой зависимости рассеянных днок тональных акустических сигналов, основанный на принципах долларов -ской томографии дна глубоководных районов Мирового океана. Идентификация рассеянных неровным дном сигналов осуществляется сопоставлением экспериментальных и рассчитанных по лучевой теории соответствующих им пространственных зависимостей доплеровских смете н и й частоты. При апробации метода в глубоководном океаническом волно -воде с относительно ровным рельефом дна обнаружена, во-первых,асимметрия угловой зависимости рассеянного поля в определенной области расстояний, обусловленная влияние!/ стратифипацни скорости зЕука в водном слое на распространение волн; во-эторых, Еыделенкость рас -сеяния в обратном направлении, соответствующем сигналу с доплероЕ-ским смещением частоты, раЕнш по модулю аналогичному смещению в первом донном отражении. Использование же этого метода в океани -ческом волноводе с существенно неровным генеральным рельефом дна позволило определить угловые зависимости силы рассеяния для под -водной возвышенности, расположенной на береговом склоне, и обнаружить существование интерференционной структуры рассеянного ею по -ля.
35. Разработан и экспериментально апробирован в натурных ус -ловиях метод доплеровсной томографии для определения в мелководных районах Нироеого океана горизонтальных крупномасштабных неоднород-ностей приповерхностьой толщи дна, существенно превышающих периоды интерференции соответствующих волноводных мод, сочетающий синтезирование апертуры, при регистрации интенсивности поля давления, с доплеровскими эффектами. Метод позволяет определять вдоль тра ссн движения низкочастотного тонального источника изменения скорости звука в дне по пространственным (временным) зависимостям разностей доплероЕских смешений частоты наиболее знергонесущих код, проникающих на различные глубины подводного грунта. .
36. Выполнены представляющие интерес для реализации метод ов
Доплеровской томографии океана теоретические исследования возмол ности однозначного определения направления на источник в однород -них и плавно-неоднородных по трассе океанических волноводах с использованием нефокусируемых горизонтальных антенн, размеры которых превышают минимальный пространственный период интерференции поля . Показано, что, в отличие от широко используемой на практике лиЕей-ной антенны, кольцевая компенсируемая антенна позволяет однозначно определять направление на источник тональных,узксполосных и широ -кополосных шумовых сигналов, причем без изменения ширины главного максимума ее отклика при варьировании угла компенсации. Выяснено также, что, поскольку в реальных океанических волноводах существует оптимальный размер апертуры линейной антенны, обусловленный конечным значением радиуса корреляции полезного сигнала, то предпочтительнее, начиная с определенной величины, не наращивать апертуру линейной антенны, а замкнуть ее в кольцо, получив при этом преимущество в определении направления на источник.
37. Разработана аналитическая модель явления обратного отра -гения цилиндрических и сферических звуковых пучков от плоской границы раздела жидкости с упругим полупространством, объясняю щ а я имеющиеся в литературе экспериментальные данные эффективным воз -буждением, при рэлеевском угле падения пучка, вытекавшей волны с определенной зависимостью ее амплитуды от азимутального угла.Предложен метод определения скорости сдвиговой волны в достаточно аэст-ких консолидированных осадках мелководных районов Мирового океана, основанный на эффекте обратного отражения звуковых пучков.
СПИССК РАБОТ ПО ТЗ.Ш ДИССЕРТАЦИИ
1. Петухов Ю.В. Об экспоненциальной форме профиля ударной волны в''жидкости//Акуст.дурн. - 1988. - Т.34, & 4. - С.750-752.
2. Петухов Ю.В. Об интерпретации аномального поведения имцульса давления волны от подводного взрывного источника//Акуст.£урн. - 1983. - Т.29, Я 2. - С.247-250.
3. Петухов Ю.В. Изменение имцульса давления ударной волны с расстоянием вблизи источника//ШТФ. - 1985. -41.- С.102-106.
4. Петухов Ю.В. Поле давления и скорости, создаваемое расширяю -щейся сферой//Акуст.яурн. - 1982. - Т.28, * I. - С.102-105.
5. Петухов Ю.В. йшульс давления, возбуждаемый сферой, расширяющейся с постоянной скоростью//Ануст.журн.- 1983,- Т.29, й I.- С.88-90.
6. Петухов D.B. Поле давления и скорости, возбуждаемое расширяющимся цилиндром//Акуст.журн.- 1985. - Т.31, Н. - С.549-553.
7. Петухов D.B. Приближенные аналитические зависимости для параметров ударной волны, возбуждаемой движущимся поршнем/УПреп -рент J5 260. - Горький: НИРФИ, 1988. - 15 с.
8. Пэтухов Ю.В. Модифицированное приближение Кирквуда-Бете, позволяющее рассчитывать полный профиль взрывной волны неё спектр вблизи источника//Акуст.журн.- 1987. - Т.33, Я 2.-C.3I7-323.
9. Пэтухов Ю.В. Эффект нецентрального отражения сходящихся нелинейных волн разрежения//Акуст.журн. - 1991. - Т.37, » 6. -
- С.1215-1218.
10. Пелиновский Е.Н., Петухов Ю.В., Фридман В.Е.Приближенные уравнения распространения мощных акустических сигналов в океане// Изв.АН СССР. ФАО. - 1979. - T.I5, ft 4. - С.436-444.
11. Петухов Ю.В., Фридман В.Е. Распространение взрывных волн в стратифицированном океане//Изв.АН СССР. ФАО. - 1979. -Т.15 , й 12. - C.I307-I3I5.
12. Пелиновский Е.Н., Петухов Ю.В., Соустова И.А., Фрвдман В. Е. Распространение и дифракция звуковых импульсов в неоднород -ном океане//Нелинейные волны деформации. - Таллин: Изд-во АН ЭССР. - 1978. - С.137-140.
13. Fridman V.E., Petukhov Yu.7. Profile transformation of a propagating explosive wave // J.Acouat.Soc.Aaer. - 19BO. -V.67, H.2. - P. 702-703.
14. Петухов Ю.В., Фридман В.Е.Трансформация спектра при распространении гидроакустического импульса конечной амплитуды//Тео -рия дифракции и распространения волн. - М.: Наука, 1977. -
- Т.2. - С.283-286.
15. Петухов Ю.В., Фридман В.Е. Нелинейный механизм аномального затухания гидроакустических с игна лов//Аку с т.журн. - 1980. -
- Т.26, й 6. - С.924-925.
16. Петухов Ю.В., Фридман В.Е. Расчет параметров отраженной от поверхности воды взрывной волны//Акуст.дурн. - 1980. - Т.26. Д I. - С.150-151.
17. Горский С.Ц., Петухов Ю.В., Фридаан S.S. Спектр интенсивного гидроакустического имцульса, отраженного от поверхности воды //Акуст.дурн. - IS80. - Т.26, Je I. - С.137-139.
18. Петухов D.B., Хилько А.И. О возможности оценки размеров оча -гов цунами по пространственной когерентности сейсмических и гидроакустических волн//Теоретические и экспериментальные исследования длинноволновых процессов. - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1985. - С.37-50.
19. Петухов Ю.В. Определение энергии взрывного источника в океа -ническом волноводе//Акуст.журн. - 1986. - Т.32, Л 3. - С.415--419.
20. Петухов Ю.В. Определение мощности взрывного процесса в океа -ническом волноводе "по акустическим и сейсмоакустическиы сиг -налам//Акуст.журн. - 1990. - Т.36, * 3. - С.523-526.
21. Петухов Ю.В. Эффект нелинейного отражения расходящихся акус -тических волн разрежения в атмосфере//Акуст.журн. - 1993.
- Т.39, Ä 2. - С.
22. Петухов Ю.В. Влияние нелинейных эффектов на отражение в о лв давления от границы раздела сред//Акуст.гурн. - 1987. - Т.ЗЗ, * 4. - С.930-932.
23. Петухов Ю.В. О влиянии нелинейной рефракции на отражение взрывных волн давления от верхней атмосферы//Акуст.нурн. - 1992. -
- Т.38, 16 2. - С.332-336.
24. Петухов Б.З. Дифракционные эффекты при отражении взрывных волн давления от верхней стратосферы//А«уст.журн. - 1992. - Т.38, S3. - С.520-530.
25. Петухов Ю.В. Эффект одновременного существования непереизду -чаодих поверхностных волн Рэлея и Стоунли/УАкуст.журн. -1991.
- Т.37, J6 2. - С.405-407.
26. Петухов Ю.В. К теории поверхностных волн Лэмба, Стоунли-Сол-тэ и Рэлея, распространяющихся вдоль границы раздела Земля -
- атмосфера//Акуст.журн. - 1992. - Т.38, ä 4. - С.738-744.
27. Гасилова I.A., Гордеева И.Ю., Петухпз Ю.В. Возбуждение атмосферной поверхностной водны Стоунли-Шолтэ-Лэмба подводным ис -точником, расположенным в океаническом волноводеУ/Акуст.журн.-
- 1993. - Т.39, Ä I. - С.
Гасилова Л.А., Гордеева И.Ю., Петухов D.B. Возбуждение модифицированной поверхностной волны Лсмбз в атмосфере подводным ис-точником/УАкуст.журн. - 1992. - Т.38, Л 6. - C.I037-I043. Голубев В.Н., Петухов Г.В., Шаронов Г.А. О соотношении энергетических характеристик широкополосных импульсных сигналов донных отражений различной кратности//Акуст.журн. - 1988. - Т.34, * 3. - С.453-458.
Голубев З.Я.,Лобанов В.Е., Петухов D.B. Эффект увеличения ин -тегральных уровней импульсных сигналов с ростом их кратности отражения от дна океанического волновода/УАкуст. журн. - 1989.
- Т.35, Я 4. - С. 605-610.
Голубев В.Н., Петухов Ю.В. Эффекты интерференционного подав -ления звуковых волн в океанических волноводах // Акустические волны в океане/Под ред.Л.М.Бреховских, И.А.Андреевой. - М.: Наука, 1992.
Петухов Ю.З. Интерференционное подавление звука в океанических волноводах//Акуст.журн. - 1988. - Т.34, * 5. - C.9I4-9I8. Петухов Ю.В. Интерференционное подавление волн в неоднород -вых по трассе многоходовых волноЕсдах//Волны и дифравция-90.-
- а.: Физ.общ-во СССР, 1990. - Т.2. - С.358-361.
Петухов C.B. Влияние дифракционных и интерференционных эффек -тов на формирование дальних зон акустической освещенности в подводном звуковом канале/УАкуст.журн. - 1991. - Т.37, S 3. -
- С.585-588.
Петухов Ю.В. Эффект квазипернодического формирования дальних зон акустической освещенности в подводном звуковом канала // Формирование акустических полей в океанических волноводах/ Под ред.В.А.Зверева. - Н.Новгород: ИПФ АН СССР, 1991. - С.55-65. Петухов Ю.В. Частотная зависимость эффекта квазипериодичесвого распределения дальних зон акустической освещенности в подвод -ном звуковом канале//Акуст.журн. - 1992. - Т.38, Д 5. - C.9I7--923.
БурлакоЕа И.Б., Голубев В.Н., Петухов Ю.В., Славинский М.М.Зоны повышенной озвученности вблизи поверхности открытого но дну подводного звукового канала в глубоком о'кеане//Ануст.журн.
- 1990. - Т.36, й 2. - С.362-364.
38. Лазарев В.А., Орлов ЕЛ., Петухов Ю.В., Шаронов Г.А. Трансформация дисперсионных характеристик в слоисто-неоднородных вол -новодах/Лкуст.журн. - 1986. - Т.32, Л 2. - С.190-ГЭ7.
39. Лобанов В.Н., Пэтухов Ю.В. Особенности пространственно-частотного распределения интенсивности широкополосного звука в мел -ководном океаническом волноводеУ/Препринт В 321. - Н.Новгород: НИРФИ, 1991. - 49 с.
40. Лазарев В.А., Петухов Ю.В. Длительность звучания импульсного сигнала давления на различных глубинах в океаническом еолноео-де//Препринт № 295. - Горький: НИРФИ, 1989. - 10 с.
41. Лазарев В.А., Петухов Ю.В. Интерференционная структура широкополосного звука в неоднородном по трассе Еолноводе//Акуст.журн.
- 1988. - Т.34, /5 3. - С.553-555.
42. Годубев В.Н., Орлов Е.Ф..Петухов Ю.В. Спектральные характеристики импульсных сигналов, многократно отраженных от слоистого дна и поверхности океана//Акуст.дурн. - 1986. - Т.32, $ 4. -
- С.462-457; Вопросы судостроительной промышленности. - 1986,- & I. - С.86-92.
43. Петухов Ю.В. Влияние сдвиговых волн в осадках на спектральные резонансы е отраженном акустическом сигнале//Акуст.журн.
- 1987. - Т.ЗЗ, Я 4. - С.736-739.
44. Голубев В.Н., Петухов Ю.В., Шаронов Г.А. Исследование акусти -ческих характеристик верхнего осадочного слоя в глубоком океа-не//Акуст.журн. - 1988. - Т.34, И I. - С.200-201.
45. Голубев В.Н., Петухов Ю.В. Параметры звукового канала в оса -дочвом слое глубоководного океанического БолноводаУ/Акуст.журн,
- 1991. - Т.37, * I. - С.196-202.
46. Годубев В.Н., Петухов Ю.В., Шаронов Г.А. Интерференционна я структура донной реверберации широкополосного згука в глубоком
• море//Аяуст.журн. - 1987. - Т.ЗЗ, & 3. - С.448-453.
47. Бурлакова И.Б., Годубев В.Н., Каров А.И., Нечаев А.Г., Пету -хов Ю.В., Славинский М.М. Доплеровская томография в акуст и к I океана//Акуст.журн. - 1988. - Т.34, й 4. - С.756-758.
48. Бурлавова П.Б., Иэтухов Ю.В., Слзвзесвгй Ч.И. Отрада га неэ акус-тнчесвнх харавтеристив два океанических волноводов катодом дод-леровскоЗ тшографзн//Акуст.дурн. - 1989. - Т.35. Ä б. - C.IQI5 -1020.
49. Бурлавова И.Б., Петухов D.B., Славинсяав IÎ.M. Определение методом доплеровской тсыографгз угловой зависимости рассеяннах дней тоездьных акустических сигналов в гдубовеводноы овеашшес вол волноводе/УАлуст.журн. - 1991. - Т.37, 5 4.- C.63I-G35.
50^ Burlakova I.B., Petukhov Yu.V., Slavinsky Ц.И. Doppler tomography of the ocean bottoa // Proceedingo of the Institute of Acoustics. - 1991. - V.13, Pt.3. - P.234-242.
51. Лазарев B.A., Штухов Ю.З. Определение горизонтальной крупно -масштабной изменчивости акустических характеристик дна меявого моря//Акуст.аурн. - 1989. - Т.35, 5 5.- С.849-854.
52. Бородина 2.Л., Петухов Ю.В. Горизонтальная кольцевая антенна в океаническом волзоводе//Акуст.журн. - I9S0. - Т.36, S 4. -
- C.769-77I.
53. Петухов Ю.В. К теории обратного отражения ультразвукового цуч-ка от гранили раздела жидкость - твердое тело//Акуст.зурн.
- 1965. - T.3I, Я I. - С.230-233.
54. Петухов Ю.В. Угловая зависимость амплитуда вытекающей волн ы, возбуждаемой при отражении сферического ультразвукового пуч в а от плоской границы раздела жидкость - твердое тело//Ануст.гурн.
- 1986. - Т.32, В 5. - C.70I-703.
ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
стр.
ВВЕДЕНИЕ....................................................... 7
I. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ГЕНЕРАЦИИ ВЗРЫВНЫХ ЗОЛН И
РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИХ ВБЛИЗИ ИСТОЧНИКА......................... 17
1.1. Взедение......'......................................... Г7
1.2. Начальные параметры ударной волны и эволюция
продуктов взрыва в жидкости............................20
1.3. Формирование и эзолюция ударного фронта во
взрывной волне в приближении Керквуда-Бете............. 32
1.4. Изменениз параметров сферической ударной волны с расстоянием при учете нелинейного искажения ее
форма профиля......................................... 38.
1.5. Замедленный по сравнение с геометрической расходимость!! спад импульса давления ударной' водна с расстоянием и
его объяснение........................................ 48
1.6. Выяснение погрешностей приближения Кврквуда-Бете ва примере автокоде льной задачи о возбуждении
воле расшрявдимся поршвем............................ 60
1.7. Модифицированное приближение Кирквуда-Бете, позволявшее корректно рассчитывать полный
профиль взрывной волны вблизи источника............... 87
1.8. Эффект нецентрального отражения сходящееся нелинейных волн разрежения в расширяющихся газообразных продуктах взрыва в жидкости.............. 98
1.9. Заключение............................................104
2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВЗРЫВНЫХ ВОЛН В СТРДТ1ШЩИРШАННШ ОКЕАНЕ.. 107
2.1. Введение.............................................. 107
2.2. Приближение нелинейной геометрической акустики........ Ы2
2.3. Формирование и эволюция ударного фронта в
интенсивной акустической волне........................ П9
2.4. Законы изменения параметров ударной волны с первоначально экспоненциальной формой
профиля............................................... 127
2.5. Изменение параметров первоначально экспоненциальной ударной волны в плоскос лоистом океане................. 137
2.6. Нелинейная трансформация спектров взрывных волн и ее влияние ва аномальное затухание визних
частот в океане..........w............................ 153
2.7. Трансформация формы профиля и спектра взрывной
волны, отраженной от поверхности океана............... 167
2.8. Эффективный точечный источник акустических волн, эквивалентный подводному взрыву....................... 179
2.9. Определение энергетических характеристик взрывпого источника в океаническом
волноводе..............■................................193
2.10.Заключение......................'.......................208
3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВЗРЫВНЫХ ЕОЛН В СТРАТЖИЦИРОЗАННОЛ
АТМОСФЕРЕ...................................................212
3.1. Введение............................................... 212
3.2. Нелинейное отражение расходящихся волн разрежения
в изотермической атмосфере............................. 214
3.3. Нелинейное отражение взрывных волн от резких
границ раздела р. атмосфере.............................227
3.4. Влияние нелинейной рефракции на отражение
взрывных волн от верхней стратосферы................... 235
3.5. Влияние линейной дифракции и нелинейной трансформации спектра взрывной волны на ее отражение от
Еерхней стратосферы..................................................244
3.6. Теория поверхностных волн, распространяющихся
вдоль границы раздела Земля - атмосфера................ 2623.7. Возбуждение атмосферной поверхностной волны Стоунли-Шолтэ-Лэкба подводным источником, расположенным в океаническом волноводе.................275
3.8. Влияние гравитационной поверхностной волны в океане на возбуждение атмосферной поверхностной волны подводным источником................................... 300
3.9. Заключение.............................................341
4. ВОШОВСКНЫЗ ЭФФЕКТЫ ДАЛЬНЕГО И СВЕРХДАЛЬНЕГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ И СЕЙСУОАЪТСТИЧЕСКИХ ЕОЛН В
СТРАТЖИШРОВАШСМ СКЕАНЕ...................................345
4.1. Введение................................................345
4.2. Интерференционное подавление волн и эффект увеличения интегральных уровней импульсных сигналов
донных отражений с ростом их кратности.................347
4.3. Интерференционное подавление волн и эффект увеличения потерь на распространение непрерывных звуковых
сигналов в многомодовнх волноводах.....................365
4.4. Дифракционные и интерференционные эффекты при формировании дальних зсн акустической освещзнности в подводной звуковом
канала.................................................377
4.5. О границах применимости ЕКБ и геометроакустнческого приближений дяясшсаиия дальнего распространения акустических волн в плоскосяоистых
океанических волноводах................................ 406
4.6. Зоны акустической освещенности в глубоководном океаническом волноводе с открытым ко дну
подводным звуковым каналом............................. 437
4.7. Дисперсионные эффекты при распространении взрывных волн в однородных и неоднородных по трассе океанических волноводах................................ 461
4.8. Пространственная зависимость полной длительности звучания взрывных сигналов в неоднородных по
трассе океанических волноводах.........................491
4.9. Пространственно-частотное распределение интенсивности (интерференционная структура) широкополосного звука
в мелководных океанических волноводах и его
особенности............................................ 5Q6
4.10.йнтерференционная структура широкополосного звука в мелком море с резко выраженными изменениями генерального рельефа два...............................545
4.П.5аключение............................................. 558
5. СЕЗСМОАКУСТШ ОСАДОЧНОЙ ТОЛЩИ ДНА СКЕШЧЗСКИХ ВОЛНОВОД ОБ.. 5 87
5.1. Введение............................................... 567
5.2. Модифицированный метод непрерывного сейсмоакустического црофилирования осадков для определения резонансной структуры коэффициента отражения.......................571
5.3. Влияние стратификации скоростей продольных и
сдвиговых волн в осадках на резонансную
структуру коэффициента отражения.......................591
5.4. Модифицированный метод отраженных волн при наклонном падении. Звуковой канал в осадках глубокого океана..... 603
5.5. Интерференционная структура донной реверберации широкополосного звука в глубоком море при исследовании осадков методом отраженных
волн............................'....................... 620
5.6. Доплеровская томография осадочной толщи дна глубоководных онеанических волноводов.................. 632
5.7. Определение методом доплеровской томографии угловой зависимости рассеянных неровным дном тональных акустических сигналов в глубоководных
океанических волноводах................................ 656
5.8. Метод доплеровской томографии в исследованиях осадочной толщи дна мелководных океанических
волнозодов............................................. 680
5.9. Эффект обратного отражения звуковых пучков от плоской границы раздела жидкость - твердое тело и возможность его использования в
исследованиях дна океана............................... 699
5.10.Заключение.............................................713
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................718
ЛИТЕРАТУРА.....................................................742
-
Петухов, Юрий Васильевич
-
доктора физико-математических наук
-
Нижний Новгород, 1993
-
ВАК 04.00.22
- Поле скорости звука и элементы его вертикальной стратификации в Атлантическом океане
- Механизм формирования упорядоченных структур в приводном слое атмосферы и их роль в процессах тепло- и массообмена океана и атмосферы
- Теоретическое исследование влияния параметров среды, возмущающих факторов и нелинейности на нестационарные поверхностные и внутренние волны в океане
- Нелинейные волны в слоистых моделях геофизических течений
- Коллективная динамика структур и осцилляторов в течениях жидкости
