Габец А.В., Гавриков Д.В. «Совершенствование конструкции подклиновой пружины узла гашения колебаний тележки грузового вагона средствами 3d-моделирования» Инженерный вестник Дона, 39, № 4-2, с. 14 (2015)

Предложено комплексное использование CAD и CAE-технологий для совершенствования подклиновой наружной пружины рессорного подвешивания трехэлементной тележки грузового вагона модели 18–100. В качестве исходного прототипа была выбрана пружина наружная, разработки ОАО «НПК Уралвагонзавод». Твердотельное моделирование и оценка напряженно-деформированного состояния выполнялось в инструментальной среде Autodesk Inventor Professional 2015. Это позволило получить более прочную конструкцию пружины по сравнению с базовой пружиной при условии сохранения габаритных размеров.

Воронин В.А., Воронин А.В. «Особенности взаимодействия акустических волн в воздушной среде» Инженерный вестник Дона, 39, № 4-2, с. 25 (2015)

Рассматриваются вопросы нелинейного взаимодействия акустических волн в воздушной среде в процессе распространения. Показывается, что коэффициент нелинейности в воздушной среде значительно превышает таковой в воде, поэтому генерация вторичных волн в воздушной среде эффективнее, чем в воде. Рассчитываются основные характеристики взаимодействия. Для реализации параметрической антенны для передачи информации узким лучом предлагается использовать в качестве преобразователей в антенне накачки высокочастотные громкоговорители с высокой чувствительностью в режиме излучения. Для уменьшения уровня боковых лепестков в характеристике направленности антенны предлагается рекомендация по расположению преобразователей в антенне накачки и согласованию их со средой с помощью акустических рупоров. В качестве исходных параметров для расчетов выбираются паспортные данные громкоговорителей. Анализируются характеристики параметрической антенны при расположении ее в воздушных потоках. Взаимодействие волн в потоке описывается неоднородным волновым уравнением, в котором влияние потока оценивается членом с конвективной производной. Рассмотрены неоднородные уравнения для различных составляющих результирующего генерируемого сигнала параметрической антенной в среде с воздушным потоком. Выведены выражения для расчета добавок к генерируемым в однородной среде сигналам для перпендикулярного и параллельного направлению распространения волн потока. Показано, что воздушный поток в ближней зоне антенны накачки увеличивает амплитуду генерируемых нелинейным взаимодействием вторичных волн. Даются рекомендации по использованию параметрической антенны для передачи информации в воздушной среде.

Воронин В.А., Пивнев П.П., Тарасов С.П. «Широкополосные гидроакустические антенны систем экологического мониторинга водной среды и придонных осадочных пород» Инженерный вестник Дона, 39, № 4-2, с. 26 (2015)

Обсуждаются особенности построения широкополосных гидроакустических антенн, предназначенных для экологического мониторинга водной среды, дна и донных осадков. Целью данной работы является исследование и разработка широкополосных гидроакустических антенн систем экологического мониторинга водной среды и придонных осадочных пород. Поставленная цель достигается посредствам решения двух задач: использование широкополосных, по своей природе, излучающих параметрических антенн, принцип действия которых основан на нелинейном взаимодействии волн накачки в среде распространения; использование разночастотных преобразователей для формирования необходимой по полосе частотной характеристики. Результаты исследований широкополосных антенн, представленных в данной статье, демонстрируют возможность построения широкополосных сигналов. Рассмотрены характеристики широкополосных параметрических гидроакустических антенн, принцип действия которых основан на использовании эффекта нелинейного взаимодействия акустических волн. Приводятся результаты экспериментальных исследований амплитудно-частотных характеристик широкополосных параметрических антенн. Особое внимание уделено рассмотрению возможности построения широкополосных гидроакустических антенн, состоящих из разночастотных преобразователей, механически связанных по полю. Для примера приведены расчеты импедансных характеристик таких антенн. Рассчитана частотная зависимость активной составляющей полного сопротивления антенны и характеристики направленности. В заключении сделан вывод, что, использование разночастотных преобразователей позволяет не только решить задачу построения широкополосных антенн систем передачи информации для подводного аппарата, но и обеспечить примерно одинаковую направленность антенны в широком диапазоне частот. Представлены эхограммы дна и донных структур, полученные с помощью макетов параметрического профилографа и сверхширокополосного гидролокатора.

Душенин Ю.В. «Исследование нелинейного взаимодействия сдвиговых акустических волн в донных осадках, возбуждаемых параметрической излучающей антенной на границе раздела» Инженерный вестник Дона, 39, № 4-2, с. 29 (2015)

Эффективное применение параметрических излучающих антенн для обнаружения объектов, находящихся в донных осадках, обусловлено их возможностью формировать высоконаправленное излучение на низких частотах при малых исходных габаритах. В отличие от воды, донные осадки (ДО) представляют собой среды, в которых присутствуют как продольная, так и сдвиговая составляющие скорости распространения акустических колебаний. Наличие нескольких компонент скорости в донных осадках дает возможность возбуждения различного типа волн при использовании параметрических излучающих антенн. В данной работы представлены теоретические и экспериментальные исследованияполя создаваемого параметрической излучающей антеннойв многофазной среде «вода – донные осадки» при наклонном падении на границу раздела под углами, близкими к критическим. Показано, что сформированные в воде продольные волны накачки и волны разностной частоты (ВРЧ) в ДО трансформируются в соответствующие сдвиговые волны. Кроме того, из-за возникновения на границе раздела мнимой параметрической антенны (ПА) происходит генерация сдвиговых ВРЧ в ДО. Исследования возбуждения сдвиговых ВРЧ в ДО были проведены в лабораторном гидроакустическом бассейне. В качестве моделей ДО использовались глина и песок. По временному признаку выделены сдвиговые ВРЧ в различного типа осадках. Из полученной теоретической модели рассчитаны, а затем экспериментально подтверждены основные характеристики поля ПА в ДО при возбуждении в них сдвиговых ВРЧ. По результатам теоретических и экспериментальных исследований доказано, что имеет место трансформация, возбуждение и генерация сдвиговых волн, формируемых ПА в ДО. Полученные в ходе исследования результаты дают хорошее совпадение между теорией и практикой, что говорит о правильности выбора модели. Кроме того, приведены экспериментальные результаты по использованию сдвиговых ВРЧ в ДО при эхолокационном режиме. Таким образом, данный метод можно использовать в параметрических гидролокаторах для стратификации ДО и обнаружения в них различных инородных целей.

Солдатов Г.В., Тарасов С.П., Каевицер В.И., Захаров А.И., Смольянинов И.В. «Определения скорости звука в донных отложениях при экологическом мониторинге» Инженерный вестник Дона, 39, № 4-2, с. 30 (2015)

Основная часть загрязняющих веществ накапливается в морских осадках. Отсюда вытекает важность проблемы непрерывного мониторинга состояния дна и донных осадочных структур внутренних водоемов и морей. В работе рассмотрен метод дистанционного зондирования донного грунта с целью определения скорости звука в донном грунте. Предлагаемый метод позволяет проводить измерения при совместном расположении излучателя и приемника. В основе предлагаемого метода лежит метод лучевого параметра. Для проведения измерений по методу лучевого параметра необходимо либо обладать протяженной приемной антенной системой, способной определить направление прихода отраженных от дна акустических сигналов при простом всенаправленном излучателе, либо излучать узконаправленным источником звука и принимать относительно простой протяженной приемной антенной. С помощью параметрической антенны можно сформировать акустический луч шириной несколько градусов. Такой ширины луча достаточно для реализации метода лучевого параметра. Авторами предложено приближение метода лучевого параметра, позволяющее совместить местоположение излучателя и приемника, тем самым значительно упростив приемную антенну. Для проверки адекватности метода было проведено моделирование и проведены экспериментальные исследования. При моделировании закладывались реальные параметры морских донных слоистой структуры и приемоизлучающих систем. В результате моделирования были определены границы применимости предложенного метода при исследовании морских грунтов. Для определения скорости звука в слое морских осадков с приемлемой погрешностью нужно излучать акустические сигналы под углом не более 10°. Экспериментальные исследования в акустическом бассейне показали качественное совпадение полученных данных с теоретическими.

Кириченко И.А., Котов В.Ю., Лонкин П.В., Слуцкий Д.С. «Оценка влияния конструктивных характеристик на направленность гидроакустических антенн» Инженерный вестник Дона, 39, № 4-2, с. 33 (2015)

Представлены результаты теоретических исследований задачи оценки влияния конструктивных характеристик на этапе проектирования на направленность акустических антенн. Рассмотрен обобщенный алгоритм формирования характеристики направленности специальной формы в задачах прикладной гидроакустики, пути решения обобщенной задачи оптимизации характеристик антенн и модульный принцип конструирования. Задачу оптимизации предложено разделить на отдельные составляющие: оптимизация характеристик антенны и оптимизация тактических характеристик акустической системы, которые комплексно влияют на выбор конструкции антенны. Рассмотрен метод построения антенны с секторной диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, когда параметрическая антенна секторного обзора содержит отдельные высоконаправленные преобразователи накачки с плоской апертурой. Проведена оценка влияния отклонения геометрических размеров и пространственных характеристик конструктивных элементов на характеристику направленности параметрической излучающей антенны секторного обзора. Приведены результаты расчета отклонений характеристики направленности отдельного модуля акустической системы от заданного значения угла раскрыва основания антенны, а также отклонений характеристики направленности модуля акустической системы от отклонения излучающей поверхности от вертикали. Расчеты показали, что отклонения от рассчитанных оптимальных углов раскрыва основания антенны и отклонение поверхности антенны от вертикали приводят к приводят к неравномерности основного лепестка характеристики направленности более чем 3дБ. При этом результаты расчетов показали, что отклонение от вертикали одного и преобразователей накачки отдельного антенного модуля приводит еще и к асимметрии основного лепестка характеристики направленности антенны. Результаты расчета суммарной характеристики направленности антенного модуля в горизонтальной плоскости на разностной частоте показали, что боковое поле в параметрическом режиме значительно меньше, чем на частотах накачки, а добавочные максимумы поля волны разностной частоты практически отсутствуют.

Кириченко И.А., Старченко И.Б., Слуцкий Д.С., Сахаров В.Л. «Мониторинг ледовой обстановки с использованием приборов на основе нелинейной акустики» Инженерный вестник Дона, 39, № 4-2, с. 34 (2015)

Решение навигационных задач и задач освещения ледовой обстановки при подводном плавании носителя акустической системы, которые возникают при использовании автономных и дистанционных телеуправляемых подводных аппаратов, приводит к необходимости разработки и создания новых средств, позволяющих решать задачи ледовой разведки. Для своевременного освещения ледовой обстановки, наряду с аэрокосмическими методами получения информации, может быть использован метод, основанный на применении гидроакустических приборов, в частности систем на основе нелинейной акустики. Применение для мониторинга ледовой обстановки приборов на основе нелинейной акустики с использованием параметрической излучающей антенны предполагает учет таких особенностей формирования акустического поля, как наличие как низкочастотной разностной частоты, образованной в результате нелинейного взаимодействия двух близких по значению волн накачки, так и, собственно, высокочастотного излучения исходных волн накачки Разработка приборов для акустического мониторинга ледовой обстановки требует рассмотрения всех возможных реальных океанологических ситуаций, в которых они будут функционировать. В статье рассматриваются результаты разработки системы для панорамного мониторинга ледовой обстановки в параметрическом режиме работы гидроакустических средств. Проведен анализ формирования и распространения зондирующих сигналов в акустическом канале параметрического измерителя толщины льда, сформулирован принцип измерения толщины по отражению (рассеянию) акустических сигналов от локально плоскослоистой системы с размытыми границами. Проведено математическое моделирование акустической мощности канала измерителя толщины льда и «окон прозрачности» на основе расчёта критических углов падения и преломления. Делается вывод о целесообразности использования в качестве информативных сигналов сдвиговых волн.