ОСОБЕННОСТИ ДИФРАКЦИИ ЗВУКА НА ВЗВОЛНОВАННОЙ ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В СРЕДНЕМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ, "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

Abstract

Статья посвящена исследованиям рассеяния звука на взволнованной водной поверхности в среднем диапазоне частот от 1 до 5 кГц. Выбранный диапазон частот представляет интерес в связи с существенной зависимостью возникающих при рассеянии звуковых волн эффектов от состояния волнения. Целью исследования является воспроизведение ряда особенностей, наблюдавшихся в экспериментах, например, размытие Брэгговского пика в случае развитых волн. Для получения реалистичной формы поверхности воды используется метод прямого численного моделирования двумерного потенциального течения со свободной поверхностью, известный как метод Захарова и Дьяченко. Проводится численное интегрирование преобразованного уравнения Эйлера, которое позволяет определить, как взволнованная поверхность воды будет эволюционировать, учитывая нелинейные эффекты. В работе используется оригинальная модификация метода граничных элементов (в 2D постановке), которая позволяет моделировать рассеяние звука на поверхности воды без наложения явных ограничений на форму поверхности (в приближении отсутствия дна). Проводятся расчеты поля давления рассеянной звуковой волны, вычисляется сила обратного рассеяния и доплеровский спектр сигнала в зависимости от углов падения и рассеяния при разных скоростях ветра. Результаты расчета сравниваются с предсказаниями классических моделей.