Касаткин Б.А., Касаткин С.Б. «Скалярно-векторная структура и кинематические характеристики звукового поля в инфразвуковом диапазоне частот» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 3, с. 71-85 (2021)

Приведена классификация известных решений граничной задачи Пекериса, полученных в различных модельных постановках, и дана их сравнительная оценка. Для верификации различных модельных решений выполнено экспериментальное исследование энергетической и пространственной структуры звукового поля в условиях мелкого моря в инфразвуковом диапазоне частот 2–20 Гц, заведомо меньших первой критической частоты модельного волновода Пекериса. Анализируются результаты экспериментальных исследований звуковых полей с использованием комбинированных приёмников, образующих вертикально ориентированную 3-элементную антенну. По результатам анализа вертикальной структуры звукового поля был сделан вывод о том, что звуковое поле на предельно низких частотах инфразвукового диапазона сформировано неоднородными волнами Рэлея–Шолте, регулярной и обобщённой. С увеличением частоты уменьшается глубина проникновения звуковой волны в донное полупространство и возрастает роль неоднородных волн волновода Пекериса, возбуждаемых комплексным угловым спектром источника. Такие волны появляются как гибридные, но только при обобщённом описании звукового поля в несамосопряжённой модельной постановке. Анализируются кинематические характеристики звукового поля при уточнённом определении групповой скорости как скорости переноса энергии. Обсуждаются механизмы существенного замедления скорости переноса энергии в волноводе на низких частотах.

Анцыгин В.Д., Борзов С.М., Маслов А.А., Потатуркин О.И., Шумский В.В., Ярославцев М.И. «Определение состава газового потока в аэродинамических импульсных трубах» Автометрия, 48, № 2, с. 69-77 (2009)

Предложена методика отбора пробы в гиперзвуковых аэродинамических установках импульсного действия. Показано, что созданный на ее основе пробоотборник обеспечивает отвод тепла с целью «замораживания» пробы и способствует получению достоверной информации о составе гиперзвукового газового потока. Разработана и создана система диагностики многокомпонентных газовых смесей на основе малогабаритных сенсоров. Апробация этой системы на гиперзвуковой импульсной трубе ИТ-302М показала, что результаты измерений верно отражают тенденцию изменения концентрации кислорода в зависимости от энергии поток, однако дают заниженные значения относительно истинных приблизительно на 2%. Обсуждаются возможные причины такого поведения сенсора. Ключевые слова: гиперзвуковые потоки, аэродинамические импульсные трубы, отбор пробы, измерение компонентного состава смеси, малогабаритные сенсоры

Бадмаев Б.Б., Дембелова Т.С., Макарова Д.Н., Вершинина Е.Д. «Теория акустического резонансного метода измерения сдвиговой упругости жидкостей» Вестник Бурятского Государственного Университета. Математика, информатика, № 4, с. 37-47 (2018)

Рассмотрена теория акустического резонансного метода измерения низкочастотной (105 Гц) сдвиговой упругости жидкостей. Акустический резонансный метод основан на использовании пьезокварцевого резонатора, контактирующего с прослойкой жидкости, накрытой твердой накладкой. Из решения задачи взаимодействия пьезокварц–прослойка жидкости–накладка получено выражение для комплексного сдвига резонансной частоты. Учитывая, что накладка из-за слабой связи, осуществляемой прослойкой жидкости, практически покоится, получены выражения для действительного и мнимого сдвигов резонансной частоты и для компонент комплексного сдвига фазы при отражении сдвиговой волны от границы жидкость–накладка. Из анализа выражений для комплексного сдвига резонансной частоты вытекают два способа измерения модуля сдвига жидкостей. Первый способ реализуется при малых толщинах жидкой прослойки, когда она намного меньше длины сдвиговой волны. Второй способ основан на измерении предельных значений сдвигов частот при полном затухании сдвиговой волны в толстом слое жидкости. Получены расчетные формулы для определения модуля сдвига. Оба способа измерения экспериментально реализованы в данной работе, которые дали согласующиеся результаты. Экспериментальные кривые зависимости сдвигов частот от обратной толщины жидкой прослойки хорошо согласуются с теоретическими .

Быков А.С., Китанов М.Ю., Майзель А.Б., Никишов С.Ю. «Планирование работ по внедрению методов активного подавления шума и вибрации в судостроении» Динамика и виброакустика (Journal of Dynamics and Vibroacoustics с 2014 по 2016 № 2), 4, № 4, с. 17-22 (2018)

Изложены основные положения теории построения систем активного гашения шума и вибрации при использовании адаптивного алгоритма подавления. Приведен обзор некоторых успешных зарубежных образцов подобных систем, используемых в различных областях промышленности. Сформулированы основные требования к перспективным системам активного подавления, создание которых будет востребовано в судостроении.

Богданов С.Р., Здоровеннов Р.Э., Пальшин Н.И., Здоровеннова Г.Э., Тержевик А.Ю., Гавриленко Г.Г., Волков С.Ю., Ефремова Т.В., Кулдин Н.А., Кириллин Г.Б. «Расчет турбулентных напряжений в конвективно-перемешанном слое в мелководном озере подо льдом с использованием двух ADCP» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 2, с. 17-28 (2021)

Представлен метод расчета турбулентных напряжений, основанный на использовании пары трехлучевых акустических доплеровских профилографов скорости, c одной или двумя точками пересечения лучей. Для апробации метода был спланирован и проведен специальный натурный эксперимент по измерению температуры воды, уровня подледной облученности и компонент скорости в конвективно-перемешанном слое покрытого льдом небольшого бореального озера. Полученные данные позволяют рассчитать не только интенсивности пульсаций вдоль трех ортогональных осей, но и недиагональные компоненты тензора Рейнольдса. С использованием условия однородности средней скорости по горизонтали получены количественные результаты, описывающие энергетику процессов в период весенней подледной конвекции: рассчитана анизотропия турбулентных пульсаций, изучена корреляция энергии турбулентности с интенсивностью накачки (через поток плавучести). Приведен качественный анализ параметров и динамики энергосодержащих структур, развивающихся в конвективном слое небольших покрытых льдом озер весной.

Вдовин М.И., Исаченко И.А., Кандауров А.А., Сергеев Д.А., Чубаренко И.П. «Исследование характеристик турбулентного пограничного слоя PIV-методом в условиях лабораторного моделирования течения над морским дном» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 2, с. 29-38 (2021)

Работа посвящена разработке и применению системы измерения полей скорости течения методом Particle Image Velocimetry (PIV) (Анемометрии по Изображениям Частиц) в исследованиях турбулентного пограничного слоя в модернизированном гидродинамическом лотке Атлантического отделения Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук. Работы проводились в рамках подготовки лабораторной установки к экспериментам по взмучиванию частиц микропластика со дна, покрытого естественным донным осадком. Эксперименты выполнялись при трех типах покрытия дна: крупный песок (1–1.5 мм), зёрна янтаря (3–4 мм), галька (1–2 см). Разработанная система PIV-измерений базируется на использовании цифровой камеры средней производительности и непрерывной лазерной подсветки. Эксперименты выполнялись в широком диапазоне скоростей потока (до 2 м/с), задаваемых частотой вращения насоса и положением регулирующей заслонки. Выполнены измерения профилей средней скорости, по наклону логарифмической части которых вычислялась динамическая скорость, которая, вместе с масштабом шероховатости дна, является одной из основных характеристик при исследовании процессов седиментации/взмучивания. Динамические скорости для песка и янтаря оказались близкими друг к другу, и значительно меньше, чем для гальки. Масштаб шероховатости для гальки, как и ожидалось, оказался максимальным. Янтарь в экспериментах не только моделировал дно промежуточной шероховатости, но также, из-за своей относительно малой плотности (1.07 г/см³), позволил наблюдать начало движения частиц при небольших скоростях потока – меньших, чем необходимо для начала движения песка. Сравнение результатов наблюдений с известными данными А. Шильдса о пороге взмучивания янтаря показывают их хорошее согласие. Одним из основных преимуществ PIV-измерений в последующих экспериментах по исследованию динамики МП, можно считать возможность практически мгновенного измерения характеристик течения в пограничном слое с одновременным отслеживанием динамики добавленных на поверхность дна частиц МП.

Петросян С.А., Николаев Д.А., Цысарь С.А., Свет В.Д., Цеханович А.И., Кренделёва А.Д., Сапожников О.А. «Звуковидение в жидкости через твердотельную акустическую линзу с коррекцией аберраций» Известия РАН. Серия физическая, 85, № 6, с. 842-848 (2021)

Представлены результаты исследования метода звуковидения в жидкости с помощью комбинации акустической линзы и двумерной фазированной антенной решетки с возможностью коррекции вносимых линзой аберраций за счет обработки фазовой информации. Представлены результаты теоретического моделирования и экспериментального исследования по визуализации объектов, расположенных в воде.

Дембелова Т.С., Макарова Д.Н., Бадмаев Б.Б. «Исследование нелинейности сдвиговой упругости наносуспензий акустическими методами» Известия РАН. Серия физическая, 85, № 6, с. 849-853 (2021)

Акустическим резонансным методом с применением пьезокварцевого кристалла определен комплексный модуль сдвига суспензий наночастиц диоксида кремния в полиэтилсилоксановой жидкости. Метод основан на изучении влияния сил добавочной связи на резонансные характеристики колебательной системы. Особенности зависимости модуля сдвига от амплитуды деформации обусловлены межмолекулярными взаимодействиями в суспензиях, которые определены методом ИК-спектрометрии.

Першин С.М., Брысев А.П., Гришин М.Я., Леднёв В.Н., Бункин А.Ф., Клопотов Р.В. «Реконструкция нелинейного профиля давления ультразвукового пучка в воде по сигналам лидара комбинационного рассеяния» Известия РАН. Серия физическая, 85, № 6, с. 863-868 (2021)

Выполнена лидарная реконструкция нелинейного профиля давления в фокусе ультразвукового пучка, излученного в воду на частоте 2.0 МГц и имеющего ударный фронт с амплитудой 50 МПа. Это оказалось возможным за счет установленной связи между степенью деформации полосы валентных колебаний О–Н в спектре комбинационного рассеяния света в воде, амплитудой упругого рассеяния и давлением в точке зондирования. Профиль, полученный с помощью лидара, хорошо соответствует профилю, измеренному PVDF-гидрофоном.

Косцов Э.Г., Скурлатов А.И., Щербаченко А.М. «Оптико-электронная система для исследования наноперемещений подвижных элементов MEMS» Автометрия, 54, № 4, с. 92-100 (2018)

Рассматривается экспериментальная конструкция оптико-электронной системы для бесконтактного измерения микро- и наноперемещений подвижных элементов MEMS. Основу устройства составляет гетеродинный интерферометр со стабилизированным по частоте He-Ne-лазером и акустооптическим модулятором лазерного излучения. При воздействии на структуру MEMS импульсов напряжения с амплитудой до 1 В экспериментально достигнуто разрешение по перемещению подвижного элемента менее 1 нм, при этом амплитуда перемещения линейно зависит от управляющего напряжения с чувствительностью 100–200 нм/В. Установлено, что на кривой местоположение элемента – управляющее напряжение эффект гистерезиса не проявляется. Ключевые слова: оптико-электронная система, гетеродинный лазерный интерферометр, акустооптический модулятор лазерного излучения, подвижный элемент MEMS

Журавель Ф.А., Скурлатов А.И., Щербаченко А.М. «Определение и коррекция ошибок в сигналах квадратурных детекторов лазерных интерферометров» Автометрия, 56, № 3, с. 45-51 (2019)

Погрешности лазерных интерферометров, использующих квадратурные детекторы, зависят не только от самих интерферометров, но и от электронных систем обработки квадратурных сигналов. Существует 3 источника ошибок сигналов квадратурных детекторов: неравенство амплитуд квадратурных сигналов, сдвиг по фазе этих сигналов (не равен 90°) и смещение нуля в каждом из сигналов, которые влияют на погрешность измерения перемещений. Рассматривается простой способ определения и коррекции этих ошибок, использующий экспериментальные данные о сигналах, полученных с помощью аналого-цифровых преобразователей. Предложенный способ применим к любому интерферометру с синусоидальными квадратурными выходами. Ключевые слова: гетеродинный лазерный интерферометр, акустооптический модулятор лазерного излучения, квадратурная дискретизация, подвижный элемент MEMS

Дубнищев Ю.Н., Дубнищева Т.Я., Нечаев В.Г. «Бихроматические лазерные доплеровские измерители вектора скорости» Автометрия, 56, № 4, с. 21-29 (2020)

Обсуждается возможность построения лазерных доплеровских измерителей вектора скорости, основанная на использовании бихроматического источника пространственно совмещённых гауссовых или бесселевых пучков, двухволнового брэгговского одноканального акустооптического модулятора с отношением частот ультразвуковых волн, равным отношению волновых чисел дифрагирующих лазерных пучков. Пространственная, хроматическая и частотная структура координатно-измерительного 3D-базиса, сформированная из гауссовых или бесселевых пучков одной и той же последовательностью оптических элементов, и адекватное к структуре рассеянного исследуемой средой света фотоэлектрическое преобразование обеспечивают минимальную аппаратную ширину спектра доплеровского сигнала и повышенную помехоустойчивость. Ключевые слова: бихроматический лазерный доплеровский измеритель вектора скорости, двухволновой одноканальный акустооптический модулятор, бесселевский лазерный доплеровский анемометр

Бадмаев Б.Б., Дембелова Т.С., Сандитов Д.С., Макарова Д.Н., Вершинина Д.Н., Федорова С.Б. «Низкочастотная (105) сдвиговая упругость обычных и полимерных жидкостей» Вестник Бурятского государственного университета. Выпуск: Химия, Физика, № 1, с. 66-76 (2021)

Приведены результаты исследования низкочастотной (105 Гц) сдвиговой упругости обычных и полимерных жидкостей. Предположено, что низкочастотная вязкоупругая релаксация жидкостей обусловлена распадом и восстановлением флуктуационных кластеров. Распад кластера, очевидно, происходит путем перехода “связанная молекула – свободная молекула”, напоминающего распад капли жидкости за счет испарения отдельных молекул. Многоступенчатый процесс характеризуется большим временем релаксации. Время жизни кластера велико не из-за кинетических единиц крупных размеров, а вследствие большого числа связанных молекул, входящих в кластер. Из-за достаточно большого времени жизни кластер не успевает реагировать на внешние низкочастотные воздействия, а это и означает, что жидкость при низких частотах проявляет упругие свойства. Для объяснения данного процесса предложена кластерная модель строения жидкости. Предварительная оценка, проведенная в рамках кластерной модели, приводит к сравнительно высокому значению среднего числа кинетических единиц, входящих в кластер. По-видимому, вязкоупругая релаксация в жидкостях относится к низкоэнергетическим физическим процессам.

Аверина Л.И., Кузнецов Д.С. «Микрофонные решетки с адаптивным формирователем луча» Вестник Воронежского государственного университета (ВГУ). Серия Физика. Математика, № 1, с. 5-15 (2021)

Проанализирована возможность применения микрофонных решеток для пространственной фильтрации принимаемой смеси целевого речевого сигнала и акустической помехи. Продемонстрирована возможность использования различных адаптивных формирователей луча в динамической и априори неизвестной помеховой обстановке. Представлена схема реализации микрофонной решетки на базе микроконтроллера SAME70 и пары MEMS микрофонов. Проведен натурный эксперимент с последующей обработкой полученных данных. Ключевые слова: линейная микрофонная решетка, пространственная фильтрация, адаптивный формирователь луча, линейные ограничения, PDM, CIC дециматор.

Михин Е.А., Дробышев А.А. «Моделирование динамики движения частицы над поверхностью прямоугольной мембраны, совершающей вынужденные колебания в поле силы тяжести» Вестник Воронежского государственного университета (ВГУ). Серия Физика. Математика, № 1, с. 38-46 (2021)

Исследована динамика движения частиц вблизи поверхности прямоугольной мембраны, совершающей вынужденные колебания. В качестве внешнего воздействия на мембрану выступали нестационарные силы, приложенные к отдельным точкам мембраны. Края мембраны считались закрепленными, и учитывалась диссипация энергии. Движение частицы описывалось на основе законов классической механики Ньютона. Оно включало свободное падение и кратковременные неупругие удары о поверхность мембраны. Найдено аналитическое решение уравнения движения мембраны для случая синусоидальных внешних сил. Для произвольной временной зависимости внешних сил нахождение закона движения мембраны сведено к численному решению обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка. Произведено компьютерное моделирование нестационарных колебаний мембраны при действии на неё сил в двух и трёх точках. При совпадении частоты внешних сил с одной из собственных частот колебаний мембраны, на её поверхности происходит возбуждение стоячих волн. Для этого случая произведено компьютерное моделирование движения частиц, которые в начальный момент располагались в зоне одной из пучностей мембраны. Движение частиц происходило в направлении к узловым линиям, при достижении которых оно прекращалось. Показана возможность управления динамикой частиц, путём изменения положения пучностей на мембране за счёт вариации параметров силового воздействия. Ключевые слова: нестационарные колебания, прямоугольная мембрана, периодические сосредоточенные силы, диссипация энергии, неупругий удар.