Боганов Е.В., Мельникова О.Н. «Влияние масляных пленок на дрейфовую скорость» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 3-5 (2006)

Целью работы является изучение дрейфового течения, возникающего на гладкой поверхности воды при наличии тонких масляных пленок в стационарных потоках воздуха в лаборатории. Исследованы пленки, толщина которых не менее чем на порядок меньше толщины вязкого слоя воды.

Булатицкий С.И., Сапожников О.А. «Особенности формирования теневой картины акустического импульса при использовании когерентного источника света» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 6-8 (2006)

Многие особенности генерации и распространения акустических волн, такие как вид диаграммы направленности источников, пространственная протяженность импульсов, наличие в акустическом поле фокусов и боковых лепестков, могут быть исследованы по теневым картинам, получаемым при освещении светом исследуемого участка оптически прозрачной среды. Основная идея теневых методов состоит в использовании того факта, что неоднородность показателя преломления света, вызванная акустической волной, приводит к рефракции коллимированного пучка света, посылаемого на исследуемую область. В результате формируется теневая картина, соответствующая проекции акустического поля вдоль направления распространения света. Получаемые изображения акустических импульсов достаточно сложно связаны с полем давления в среде и с параметрами оптической системы. При использовании когерентного источника света (лазера) дифракционные эффекты еще более усложняют интерпретацию изображений. Поэтому важно уметь моделировать процесс формирования таких изображений. В докладе рассмотрен случай визуализации коротких акустических импульсов малой интенсивности. Использованная теоретическая модель позволила предсказать особенности дифракции света на ультразвуковом импульсе и выработать рекомендации по подбору оптимальных параметров шлирен-системы, имеющейся на кафедре акустики физического факультета МГУ, для получения изображений высокого качества.

Корнев М.М., Мельникова О.Н., Нивина Т.А. «Влияние масляной пленки на процесс генерации и усиления волн» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 9-11 (2006)

Влияние масляных пленок на процесс генерации и усиления волн исследовано экспериментально в прозрачном канале длиной 2.5 м, высотой 40 см, шириной 12 см. Высота воздушного канала над водой – 10 см. Исследование проводилось с помощью видеозаписи процесса. Скорость течения в воде измерялась по перемещению частиц от кадра к кадру, скорость волн – по перемещению гребней. Скорость воздушного потока определялась с помощью анемометров со следующими чувствительными элементами: вертушкой и термосопротивлением. В начале эксперимента записывался процесс усиления волн на поверхности чистой воды, а затем, для тех же условий для трех значений толщины масляной пленки: 50 мкм, 100 мкм и 200 мкм. В эксперименте использовалось подсолнечное масло, имеющее следующие характеристики: кинематическая вязкость 0.044 см²с^–1, плотность 0.9 г·см³, поверхностное натяжение 0.035 н·м^–1

Мельникова О.Н. «Вихри и волны, возникающие на границах замедляющихся потоков жидкости» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 12-14 (2006)

Мельникова О.Н., Семенюк В.Н. «Голова волны в сухом русле при прорыве плотины» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 15-17 (2006)

Лисенков И.В., Никитов С.А., Попов Р.С. «Упругие волны в системе цилиндрических каналов» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 18-20 (2006)

Целью настоящей работы является исследование законов распространения упругих волн в элементарной ячейке фононного кристалла с симметрией – в системе, состоящей из трех круговых полых цилиндрических каналов, проделанных в однородной изотропной упругой среде.

Миндлин И.М. «Нелинейные волны в тяжелой жидкости со свободными границами: новая теория и ее применения» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 21-23 (2006)

Предлагаются новые постановки и новые решения задач с начальными и граничными условиями о волнах, возбуждаемых на эволюционирующих жидких границах различными источниками (внешним давлением, переменным в пространстве и во времени; твердым телом, колеблющимся под поверхностью) либо начальным возмущением поля скоростей. Основные отличия постановки задач от классической: а) эволюционирующие жидкие поверхности описываются параметрическими уравнениями, что позволяет описывать «опрокидывающиеся» волны; б) на бесконечности вдоль этих поверхностей ставятся нетрадиционные граничные условия, которые обеспечивают затухание переходного процесса в любой ограниченной части жидкости, хотя жидкость идеальна; в) граничные условия ставятся на эволюционирующей жидкой поверхности (условия не переносятся на равновесную горизонтальную плоскость) и на поверхности твердого тела (тело не заменяется конечной системой источников и стоков). ограниченной мощности, распределено по достаточно большой площади свободной поверхности; колеблющееся тело удалено от свободной поверхности на расстояние много большее размера тела, и т.п.) аналитически найдены приближенные (с точностью до членов высшего порядка малости) решения поставленных задач. Новизна полученных результатов состоит в следующем: 1. Формулы, описывающие нелинейные волны, возбуждаемые в первоначально покоящейся жидкости, определены на всей неограниченной поверхности и на положительной полуоси времени (формулы классической теории линейных волн не обладают этим качеством); 2. Во всех задачах в явной конечной форме найдено счетное множество решений, которое образует счетное множество функций таких, что при произвольно меняющемся внешнем давлении или произвольных колебаниях твердого тела возбуждаемая нелинейная волна разлагается в равномерно (на любом конечном интервале времени и во всем пространстве) сходящийся ряд по этим функциям; 3. Предельным переходом при неограниченно растущем времени в решениях начально-краевых задач о вынужденных волнах получены решения типа «опрокидывающихся волн», очевидно, неустойчивых. Отметим, что экспериментальные работы с использованием различных источников возмущения жидких поверхностей показывают, что крупномасштабные разрушения этих поверхностей наступает после образования «опрокидывающихся» волн типа Кельвина–Гельмгольца. 4. Найдены формулы, описывающие нелинейные стоячие волны, имеющие на неограниченной свободной поверхности конечное число узлов. 5. На основе предлагаемой теории изучается задача о распространении цунами в открытом океане и предлагается метод оценки параметров очага цунами. Метод применяется к оценке (по записям мареографов) параметров очагов четырех реально происходивших цунами. Оцениваются энергия цунами, максимальный подъем воды в очаге цунами, характерные размеры очага, время формирования очага в первоначально спокойном море. Оценки сопоставляются с результатами, полученными (если получены) японскими авторами.

Бессонова О.В., Хохлова В.А. «Влияние начальной аподизации ультразвукового поля на нелинейно-дифракционные эффекты в мощных сфокусированных пучках» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 24-26 (2006)

Численно исследуются процессы нелинейной фокусировки для двух предельных случаев поршневого (без аподизации) и гауссовского источников с целью предсказания и достижения предельных значений коэффициентов концентрации и предельных уровней различных параметров ультразвукового поля фокусирующих систем.

Гущина И.Я., Корниенко В.Н. «Численное моделирование распространения короткого акустического импульса в среде с потерями» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 27-29 (2006)

Представлен численный алгоритм определения характеристик нестационарного звукового поля, создаваемого коротким акустическим импульсом, в неоднородных поглощающих средах.

Поликарпова Н.В., Волошинов В.Б. «Распространение и отражение объемных акустичеких волн в сильно анизотропных кристаллах» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 30-32 (2006)

Основной целью работы является исследование необычных случаев распространения и отражения объемных акустических волн в акустооптическом кристалле парателлурита. Известно, что кристалл парателлурита активно используется в настоящее время в приборах для контроля оптического излучения, таких как модуляторы, дефлекторы и акустооптические фильтры. Исследованы особенности отражения акустических волн в плоскости XOY для тетрагональных кристаллов в случае скользящего падения акустической волны на свободную, плоскую и однородную поверхность, разделяющую кристалл и вакуум. Для реализации скользящего падения кристалл изготавливается в форме прямоугольной призмы. С помощью пластинки пьезоэлектрического преобразователя, присоединенного к боковой грани призмы, в кристалле возбуждается объемная акустическая волна. Из-за упругой анизотропии материала акустический пучок падает на нижнюю грань призмы, причем угол падения равен 90°, так как фронт волны ортогонален границе. Анализ доказывает, что при скользящем падении на границу раздела могут наблюдаться две отраженные акустические волны, причем энергия одной из отраженных волн может распространяться практически навстречу потоку энергии падающей волны. Таким образом, в сильно анизотропных средах при скользящем падении акустической волны на свободную границу раздела кристалл–вакуум может реализоваться явление близкого к обратному отражения энергии. При проведении исследований определялось, каким образом распределяется энергия падающей акустической волны между потоками энергии двух отраженных упругих волн. Для этого по известной методике были рассчитаны коэффициенты отражения, характеризующие энергетические потоки для обычно и необычно отраженных волн ультразвука в тетрагональных кристаллах. Расчет показал, что в парателлурите коэффициент отражения энергии для необыкновенно отраженной волны может быть близок к 100% в большом диапазоне углов среза образцов. Более того, было обнаружено, что существуют такие значения углов среза, при которых энергия падающей волны преобразуется в энергию только одной отраженной волны. По аналогии с оптикой, подобные углы среза кристалла были названы углами Брюстера. Анализ доказал, что при отражении акустических волн в кристалле также возможны ситуации, когда от границы раздела всегда распространяется только одна отраженная волна. Это происходит при значениях угла среза, превышающих критический угол. Явление аномального отражения было исследовано в кристаллических материалах, обладающих различной степенью упругой анизотропии. Оказалось, что эффект близкого к обратному отражения существует только в материалах с сильной анизотропией упругих свойств, причем интенсивность необычно отраженной акустической волны возрастает с ростом упругой анизотропии материала. При исследовании основные выводы теоретического рассмотрения были проверены экспериментально в кристаллах парателлурита. Для этого падающий и отраженные акустические пучки были визуализированы акустооптическим методом с помощью дифракции света на ультразвуке. Эксперимент доказал, что поток энергии одной из отраженных волн распространялся практически в обратном направлении по отношению к потоку энергии падающей акустической волны. Таким образом, эксперимент подтвердил основные теоретические выводы и доказал, что в кристалле парателлурита при скользящем падении акустических волн может произойти эффективное обратное отражение упругой энергии от свободной грани образца. При исследовании анализировались более общие случаи наклонного падения объемных акустических волн на свободную границу раздела кристалл-вакуум. Проведенное рассмотрение обратного акустического отражения в материалах с различной степенью упругой анизотропии позволило полнее понять общие закономерности волновых явлений в анизотропных средах и выявить ранее не известные особенности отражения волн в средах с сильной анизотропией физических свойств. Можно также предположить, что необычное обратное отражение энергии характерно не только для кристаллов, но также и для таких сред, как плазма, ионосфера, композитные материалы, и т.д. Анализ доказал, что исследованное явление может быть рекомендовано для применения в науке и технике, например, в акустоэлектронных линиях задержки с малыми размерами кристаллов или в коллинеарных перестраиваемых акустооптических фильтрах.

Юлдашев П., Аверьянов М., Хохлова В., Оливьер С., Блан-Бенон Ф. «Распространение нелинейных сферически расходящихся n-волн в среде с релаксацией» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 33-35 (2006)

Экспериментально и теоретически исследуется распространение нелинейных ударных волн в однородной среде с релаксацией.

Буров В.А., Евтухов С.Н., Матвеев О.В. «Восстановление вектора скорости кровотока в процессе томографирования нелинейного параметра» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 36-38 (2006)

Предлагаются два метода обработки данных, полученных в результате томографирования нелинейного параметра, аналогичного изложенному ранее [В.А. Буров, С.Н. Евтухов, А.М. Ткачева, О.Д. Румянцева. Восстановление картины распределения вектора скорости кровотока в процессе акустического томографирования // Акустич. журн. 2006. Т. 52. № 5. 607-623]. Оба метода нацелены на восстановление картины кровотока, но используют различные подходы и поэтому могут окружности располагаются два плоских излучателя и плоский приемник. Исследуемый объект располагается внутри области пересечения прожекторных зон излучателей. На излучатели подаются два независимых известных кодированных сигнала. Благодаря нелинейным эффектам происходит взаимодействие первичных волн, результатом которого является рождение комбинационных волн, которые регистрируются одним или несколькими приемниками. Вследствие заранее известного кодирования первичных сигналов, рассеянный сигнал также является кодированным известным образом. Восстановление распределения параметра производится методом согласованной фильтрации.

Трусов Л.А., Сапожников О.А. «Моделирование распространения ударных волн почечных камнях» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 39-41 (2006)

Предлагаемая модель может помочь разрешить некоторые вопросы, возникающие при ударно-волновой литотрипсии, предсказать результат воздействия разных ударных волн на камни различных форм и размеров, производить мониторинг наличного состояния камня, возможно, весьма подробно вплоть до размеров и формы составляющих его частей.

Куницын В.Е., Сураев С.Н., Ахмедов Р.Р. «Моделирование различных режимов возбуждения ионосферных возмущений, генерированных колебаниями земной поверхности» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 42-44 (2006)

Землетрясения, взрывы, волны-цунами порождают на границе раздела земля–воздух атмосферные волны. В связи с тем, что плотность атмосферы с высотой падает, амплитуда акустических волн, и особенно внутренних гравитационных волн может значительно возрасти в верхней атмосфере, где эти волны проявляют себя в виде ионосферных возмущений, которые могут быть обнаружены радиотомографическим и др. методами. Представленная работа посвящена численному моделированию генерации и распространения акустико-гравитационных волн (АГВ) от разного типа наземных импульсных источников в двумерной земной атмосфере. Модель строилась на основе системы уравнений сохранения Эйлера. Для двумерной модели на её основе была получена система двухмерных нелинейных гиперболических уравнений гидродинамики. Она решалась относительно возмущений плотности, температуры и скорости. Для численного решения был использован метод корректирующих потоков FCT (Flux Corrected Transport) второго порядка точности по времени и по пространству. Использовались реальные профили плотности и температуры атмосферы в разные времена года. Значения этих параметров атмосферы получены через INTERNET “http://nssdc.gsfc.nasa.gov/space/model”. Вертикальное смещение поверхности земли в первом приближении представлялось в синусоидальной форме по времени и функцией Гаусса по пространству с гауссовским масштабом Dx периодом P и амплитудой W_m.

Чернов В.В., Езерский А.Б., Соустов П.Л. «Исследование дефектов, возникающих в вихревой дорожки Кармана в следе за нагретым цилиндром, методом дистанционной акустической диагностики» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 45-47 (2006)

Проведено исследование импульсов затемнения при помощи дистанционной акустической диагностики и визуализации вихрей в дорожке Кармана.

Карабутов А.А., Булатицкий С.И., Сапожников О.А. «Компрессия ультразвукового импульса многослойным дисперсионным зеркалом» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 48-50 (2006)

Существуют несколько способов получения импульсов с большей амплитудой, чем может излучить преобразователь. Наиболее известным и часто используемым является усиление за счет фокусировки сигнала. Ее можно достигнуть различными методами: использовать фокусированный излучатель, фазированную решетку излучателей или акустическую линзу. Наряду с этим существует и другой способ усиления: компрессия сигнала во времени. Этот способ активно применяется в радиофизике и оптике. Он основан на том, что генерируется частотно модулированный сигнал, который заводится в среду с дисперсией, где и происходит сжатие. Например, в оптике по данной схеме происходит генерация фемтосекундных лазерных импульсов. Можно применить временную компрессию сигнала для увеличения амплитуды давления в плоской акустической волне. В прикладных целях было бы удобно создать прибор, совмещающий в одном блоке плоский акустический преобразователь и «компрессор» сигнала. В работе для этих целей предлагается использовать специально подобранную слоистую структуру в качестве тыльной нагрузки излучателя. Применение слоистой структуры, обладающей пространственной дисперсией, обусловлено тем, что в акустике нет сильно диспергирующих сред с ярко выраженной дисперсией, используя которые можно добиться значительного усиления при небольших размерах установки.

Гусев В.А. «Распространение звуковых ударов в неоднородной атмосфере» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 51-53 (2006)

Валяев В.Ю., Сапожников О.А. «Широкополосный пьезоэлектричекий эталонный преобразователь из ниобата лития: численное моделирование» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 54-56 (2006)

Для определения чувствительности и угловой диаграммы приёма акустического датчика требуется измерение отклика при падении на датчик плоских волн разных направлений и частот. В работе изучалась предложенная в работе [F. Lakestani «Etude theorique et experimentale des transducteurs ultrasonores piezoelectriques fonctionnant dans ledomaine du megahertz» These doctorat d’etat, Institut National des Sciences Appliquees de Lyon, Lyon I, 1984] возможность создания широкополосного источника плоских волн на основе толстого пьезокристалла ниобата лития. Использование толстого активного элемента вызвано тем, что при использовании тонких пластин переотражения сужают спектр излученного сигнала. Более дешёвыми материалами являются пьезокерамики, но их зернистая структура приводит к неконтролируемому искажению сигнала; кроме того, их характеристики обычно известны с невысокой точностью и могут значительно меняться с течением времени. Ниобат лития лишен указанных недостатков и лишь немного уступает пьезокерамикам по эффективности. Эталонная волна, излучаемая толстым датчиком, не является плоской из-за краевых эффектов, искажающих исследуемые поля. Для их уменьшения необходим правильный выбор размеров элементов преобразователя. Аналитический учет краевых эффектов практически невозможен. В работе развит численный алгоритм, который позволяет решить указанную задачу.

Мигранова А.М., Можаев В.Г. «Поверхностный звуковой канал в песчаных грунтах» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 57-59 (2006)

Пески занимают значительную часть поверхности Земли, а также некоторых планет, апример, Марса. Достаточно отметить, что около 40% территории Австралии покрыто песчаными дюнами, а площадь пустыни Сахара превышает площадь США. Песок как материал относится к классу гранулированных сред, и вследствие этого он обладает аномальными и уникальными для твердых тел свойствами. К ним относятся и исключительно низкая скорость звука, и весьма сильная нелинейность упругих свойств. Нелинейность упругих свойств песка в условиях статических давлений приводит к быстрому изменению эффективной скорости объемных упругих волн с глубиной вследствие влияния силы тяжести, притом, что на поверхности скорость волн практически равна нулю. Аномально низкая скорость упругих волн вблизи поверхности песка может приводить к серьезным проблемам резкого возрастания шума и вибраций при эксплуатации высокоскоростных поездов на путях, проложенных по мягким песчаным грунтам. Вопрос о распространении упругих волн в поверхностном слое песка представляет также интерес для развиваемого в последнее время сейсмического метода поиска мин, зарытых в грунт, и для интерпретации давно известного, но до конца пока непонятого явления поющих песков. Интересный факт, касающийся акустических явлений в песке, установлен биологами. Оказалось, что многие обитатели песчаных пустынь, включая скорпионов, ящериц, пауков, жуков, змей и кротов, используют упругие колебания, распространяющиеся в поверхностном слое песка для ориентации, поиска пищи и жертв или как средство общения между особями. Несмотря на важность понимания акустических свойств поверхностного слоя песка для перечисленного круга вопросов теоретические исследования этих свойств для реального степенного закона изменения скорости упругих волн с глубиной до сих пор не проводились. Более того, отсутствие в литературе даже лучевого анализа данного вопроса привело к тому, что и на страницах таких авторитетных журналов как Phys. Rev. Lett. и Phys. Rev. появились ошибочные утверждения о возможности горизонтального распространения звука в песке. Исходя из падения эффективной скорости звука до нуля на поверхности песка, следует ожидать локализацию акустического поля вблизи поверхности за счет рефракции волновых лучей к поверхности, их отражения и образования таким образом поверхностного звукового канала. В работе развивается лучевая модель этого явления, а так же предпринята попытка найти близкие к реальным степенным профили скорости звука, при которых возможно нахождение точных решений волнового уравнения.

Вострикова А.Н., Балакший В.И. «Исследование брэгговского режима дифракции света ячейке с клиновидным пьезопреобразователем» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 60-63 (2006)

Работа посвящена исследованию особенностей брэгговского режима дифракции света в ячейке с клиновидным преобразователем.