Руденко О.В., Маков Ю.Н. «Звуковой удар: от физики нелинейных волн до акустической экологии (обзор)» с. 3-30

Изложена история вопроса. Вначале дана информация о развитии сверхзвуковой авиации. Затем кратко описана история изучения явления звукового удара, генерируемого при полете пуль и снарядов. Приведены результаты классиков аэроакустики – К. Доплера, Э. Маха и малоизвестные исторические факты, обнаруженные в старых зарубежных источниках. Указано на необходимость правильного использования термина “звуковой удар”, который не ограничен задачами авиационной акустики и присущ многим природным и техногенным явлениям. Отмечен 100-летний приоритет акустического эффекта перед более слабым оптическим аналогом – излучением Вавилова–Черенкова. Описаны проблемы, связанные с расчетом генерации возмущений при взаимодействии трансзвуковых и сверхзвуковых течений с реальными телами: необходимость учета деталей формы аэродинамического профиля, особенности поведения пограничного слоя, формирование ударных волн, турбулизация потока, кинетика (релаксация и диссоциация) атмосферных газов. Обсуждается явление волнового резонанса, ответственного за формирование удара при переходе через звуковой барьер. Описаны нелинейные процессы формирования N-волны при распространении сигнала сложной формы. Описано влияние основных эффектов, искажающих N-образный профиль: дифракции, фокусировки, множественных релаксационных явлений, уширяющих ударный фронт. Изложена теория N-волн в неоднородной среде. Построены примеры картины лучей в стандартной атмосфере и в области за турбулентным пограничным слоем. Изложены методы расчета, основанные на приближениях нелинейной геометрической акустики и нелинейной квазиоптики. Указаны проблемы, связанные с последствиями ударов и вредным их воздействием на окружающую среду, сооружения и живые организмы. Приведена обширная библиография и перечень основных обзоров в отечественной и зарубежной литературе. Ключевые слова: звуковой удар, сверхзвуковая авиация, исторические факты, ударный фронт, нелинейность, время релаксации, интегро-дифференциальное уравнение, спектр, профиль волны. DOI: 10.31857/S0320791921010032

Юлдашев П.В., Карзова М.М., Хохлова В.А., Блан-Бенон Ф. «Численное моделирование нелинейного параболического уравнения для анализа статистики воспринимаемого уровня шума волны звукового удара после прохождения турбулентного слоя атмосферы» с. 31-44

На основе численных решений нелинейного параболического уравнения типа ХЗК в двумерной геометрии для неоднородной движущейся среды с релаксацией исследовано распространение волны звукового удара в приземном турбулентном слое атмосферы, представленном моделью однородной изотропной турбулентности. Исследованы зависимости среднего значения, стандартного отклонения и кумулятивных вероятностей амплитуды волны, крутизны ударного фронта и метрики субъективного восприятия импульсного шума Perceived Loudness Mark VII от расстояния, пройденного волной в слое, и от ее начальной амплитуды. Ключевые слова: волна звукового удара, уравнение ХЗК, турбулентность, громкость импульсного шума. DOI: 10.31857/S0320791921010068

Квашнин Г.М., Сорокин Б.П., Бурков С.И. «Возбуждение поверхностных акустических волн и волн Лэмба на СВЧ в пьезоэлектрической слоистой структуре на основе алмаза» с. 45-54

Выполнено экспериментальное и теоретическое исследование распространения поверхностных акустических волн (ПАВ) – Рэлея, Сезавы и SH-мод, а также волн Лэмба в пьезоэлектрических слоистых структурах “Me-ВШП/AlN/(100) алмаз” (Me=Pt, Al) с конфигурацией ПАВ резонатора. Идентифицированы типы мод и получены дисперсионные кривые фазовых скоростей и коэффициентов электромеханической связи для ПАВ и волн Лэмба. Экспериментально наблюдалось возбуждение волн Лэмба до частоты 7.3 ГГц. Резонансные кривые для волн Лэмба имеют более высокую добротность Q по сравнению с поверхностными акустическими волнами, распространяющимися на этих же подложках. Так, на частоте около 7 ГГц нагруженная добротность достигает значения 3400, при этом параметр качества составляет величину Q·f=2.4·10¹³ Гц. Отмечен необычный эффект значительного увеличения добротности волн Лэмба с ростом частоты от значения 760 при 1.5 ГГц до 3400 при 7 ГГц. Ключевые слова: поверхностная акустическая волна, объемная акустическая волна, волна Лэмба, монокристаллический алмаз, нитрид алюминия, пьезоэлектрическая слоистая структура. DOI: 10.31857/S0320791921010020

Подымова Н.Б., Карабутов А.А. «Влияние пористости на статистическое распределение амплитуд обратнорассеянных ультразвуковых импульсов в металломатричных композитах, изготовленных методом реакционного литья» с. 55-64

Изучено влияние локальной пористости в изотропных дисперсно-упрочненных металломатричных композиционных материалах, изготовленных методом реакционного литья, на статистическое распределение амплитуд обратнорассеянных широкополосных импульсов продольных ультразвуковых волн. Для этой цели применяется специальный лазерный оптико-акустический преобразователь, который позволяет реализовать лазерное возбуждение и пьезоэлектрическую регистрацию ультразвука при одностороннем доступе к образцу или изделию. Исследованы две серии алюмоматричных композиционных материалов: упрочненных только in situ синтезированными Al₃Ti интерметаллидными частицами в различной объемной концентрации (0.04–0.115), а также Al'₃Ti с добавлением наночастиц синтетического алмаза в объемной концентрации 0.002. Последние ускоряют процесс синтеза Al₃Ti частиц и приводят к модификации их формы и размеров. Для обеих серий композитов распределение амплитуд обратнорассеянных ультразвуковых импульсов аппроксимируется гауссовской функцией распределения, применимой для большого числа статистически независимых величин. Эмпирически полученная зависимость полуширины этого распределения от локальной пористости композитов двух серий аппроксимируется одной и той же близкой к линейной функцией независимо от размера и концентрации упрочняющих частиц. Эта функциональная зависимость может использоваться для количественно оценки локальной пористости композиционного материала как на стадии его изготовления, так и в процессе эксплуатации деталей и изделий. Ключевые слова: алюмоматричные композиционные материалы, локальная пористость, лазерный оптико-акустический метод, обратнорассеянные ультразвуковые сигналы, гауссовская функция распределения. DOI: 10.31857/S0320791921010081

Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. «Эффекты многократного рассеяния акустических мод на анизотропном ветровом волнении в мелком море» с. 65-71

Исследовано влияние анизотропии пространственного спектра ветрового волнения на многократное рассеяние акустических мод в рефракционном волноводе. Проанализированы затухание когерентной компоненты модовых амплитуд, изменение их интенсивности и коэффициента пространственной корреляции. Приведены результаты численного моделирования для гидрологических условий Баренцева моря в зимний период. Проведено сравнение результатов для анизотропного спектра ветрового волнения и упрощенной модели с изотропным спектром. Ключевые слова: акустический волновод, ветровое волнение, многократное рассеяние, точечный источник, статистические характеристики. DOI: 10.31857/S0320791921010093

Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Шуруп А.С. «Фундаментальные основы совершенствования пассивных сейсмогидроакустических методов исследования шельфа Арктики» с. 72-97

Выполнен обзор существующих и перспективных сейсмогидроакустических технологий, аппаратурных средств и новых научных подходов к проблеме изучения Северного Ледовитого океана. Особое внимание уделено состоянию научно-практического задела в части возможностей развития методов пассивного гео-гидроакустического мониторинга покрытого льдами шельфа северных морей России. Новые знания о структуре и условиях формирования и распространения волновых полей в слоистой системе “литосфера–гидросфера–ледовый покров–атмосфера”, порождаемых наведенными геодинамическими процессами, получены в ходе решения отдельного класса задач в рамках фундаментальной научной проблемы, связанной с поиском путей построения инновационных, экологически безопасных геофизических технологий оконтуривания локальных неоднородностей, в том числе – месторождений углеводородов, на покрытых льдом акваториях. Ключевые слова: арктический шельф, ледовый покров, слоистая геофизическая среда, сейсмогидроакустика, микросейсмы, поверхностные волны, волна Шолте, пассивные сейсмо-томографические методы, геоэкология, мониторинг локальных неоднородностей. DOI: 10.31857/S0320791921010044

Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «Об использовании методов Лагранжевой механики для анализа баланса энергии в вихревых течениях сжимаемого газа» с. 98-106

Предложено описание динамики возмущений течений сжимаемого идеального газа в рамках формализма лагранжевой механики. Ключевым моментом является выбор обобщенных координат, которые наиболее естественно описывают динамику системы. Предложенный в работе выбор основных переменных позволяет свести соответствующие уравнения Лагранжа к уравнению для поля смещения и конвективному волновому уравнению для скалярного потенциала. Предложенный подход позволяет записать уравнение баланса акустической энергии через первые вариации возмущений для течений с ненулевой завихренностью. Полученные результаты могут быть использованы для энергетического анализа звукового излучения для течений с локализованными вихрями, струйных течений и течений в каналах. Ключевые слова: лагранжевый формализм, течение сжимаемого газа, поле смещений, уравнение локального баланса энергии. DOI: 10.31857/S0320791921010019

Тихоцкий С.А., Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. «Использование низкочастотных шумов в пассивной сейсмоакустической томографии дна океана» с. 107-116

Исследуется возможность использования фонового сейсмоакустического шума, сформированного на дне океана поверхностными волнами типа Шолте, для изучения структуры геофизической среды методами пассивной сейсмоакустической томографии. Приводятся результаты реконструкции глубинного строения района Гавайских островов на основе обработки экспериментальных данных, полученных сетью донных широкополосных сейсмических станций. Решение обратной задачи состоит из двух этапов. Сначала оцениваются дисперсионные зависимости фазовых и групповых скоростей поверхностных волн на основе анализа функции взаимной корреляции фонового шума между различными парами донных сейсмоприемников. На втором этапе решается задача инверсии оцененных дисперсионных кривых в вертикально-слоистую упругую модель литосферы. Сопоставление результатов инверсии с известными скоростными моделями района Гавайских островов демонстрирует достоверность оценок, получаемых с помощью обсуждаемого пассивного подхода. Полученные результаты также указывают на возможность сокращения времени сбора данных в ходе проведения натурного эксперимента по сравнению с методами, использующими сигналы от землетрясений, которые должны озвучить исследуемую область с различных направлений. Ключевые слова: пассивная сейсмоакустическая томография, оценка акустических характеристик дна океана, донные сейсмические станции, сейсмоакустический шум, поверхностные волны, слоистая среда. DOI: 10.31857/S0320791921010056