Научный совет РАН по акустике

Достижения 2009 года российских ученых в области акустики:
научные и образовательные организации,
ведущие промышленные предприятия

(по материалам, представленным руководителями организаций, кафедр, а также по материалам, представленным членами Совета).

ИПФ РАН

Экспериментально обнаружено существенное (в 5-7 раз) увеличение коэффициента поглощения ультразвука в суспензиях углеродных нанотрубок, по сравнению с суспензиями мелкодисперсных углеродных частиц с формой, близкой к сферической, и такой же массовой концентрацией частиц. Эффект может быть использован при разработке и создании новых звукопоглощающих материалов.

**

Впервые экспериментально продемонстрирована возможность регистрации микроструктурных перестроек - предвестников формирования лавины в объеме гранулированной среды, которые не поддаются регистрации другими известными в настоящее время методами. Возможность высокочувствительной регистрации такого рода переходных процессов обеспечена применением оригинальной нелинейно-акустической методики. Этот подход, благодаря своей селективной чувствительности к состоянию наиболее "слабых" фракций контактов в гранулированном материале, позволил зарегистрировать как предвестники лавины, так и медленно спадающие по интенсивности после срыва лавины переупаковки во внешне статичной среде. Высокая чувствительность метода хорошо согласуется с предварительными теоретическими оценками. Показано, что по мере приближения угла наклона гранулированной упаковки к критическому углу срыва лавины микроскопические перестройки перерастают в более интенсивные квазипериодические предвестники непосредственно перед срывом лавины. При этом статистика флюктуаций зондирующего сигнала переходит от гауссового типа к степенному поведению, что типично для систем, теряющих устойчивость метастабильного состояния. Дальнейшее развитие этой методики в сочетании с известными методами открывает новые возможности в исследованиях гранулированных сред. Подобный мониторинг может быть реализован в задачах инженерной сейсмики.

**

Экспериментально реализован материал с гигантской акустической нелинейностью на основе резиноподобной среды матрицы, содержащей небольшое количество сферических полостей микронного масштаба. Полости окружены упругими оболочками толщиной от десятков до сотни нанометров. Материал имеет необычные упругие свойства - становится мягче при сжатии. Опыты показали, что величиной и знаком нелинейности упругого модуля нового материала можно управлять меняя внешнее давление. Получен материал с рекордными значениями параметра нелинейности более 105. Например, в созданном материале происходило уменьшение значения объемного упругого модуля на величину порядка 50% при создании сжимающей деформации порядка 10-5, что не имеет аналогов среди свойств известных упругих сред.

**

Сформулированы физические критерии, определяющие предельную чувствительность обнаружения трещин и дефектов в материалах нелинейными акустическими методами второго порядка. Впервые получены явные аналитические выражения, позволяющие рассчитать размер минимально обнаружимых трещин. Расчеты подтверждаются сравнением с экспериментом. Указаны пути дальнейшего повышения чувствительности нелинейного подхода за счет перехода к нелинейным эффектам высших порядков.

**

Предложен и экспериментально апробирован алгоритм расширения частотного диапазона линейных гидроакустических антенн с ограничением на пространственный межэлементный шаг, основанный на использовании апертурного синтеза. Экспериментально определены предельные возможности апертурного синтеза в задаче определения пеленга и дальности до шумящего источника.

**

На базе Воротиловской глубокой скважины (Нижегородская область) выполнены совместные исследования (ИПФ РАН, ИФЗ РАН, ИВиС ДВО РАН) сигналов сейсмоакустической эмиссии в кристаллических породах Русской плиты на глубинах 3200 метров и 553 метра. Обнаружены краткосрочные интенсивные возмущения уровня эмиссии на фоне относительно спокойных периодов продолжительностью до нескольких дней. Регистрация волновых форм сигналов эмиссии в полосе до 5 кГц позволила проследить временную структуру отдельных импульсных возмущений и выделить в них фазы подготовки и развития, аналогичные фазам разрядки сейсмических напряжений. С использованием гидроакустического излучателя, установленного непосредственно в скважине и работающего в режиме излучения широкополосных ЛЧМ сигналов в диапазоне частот ~ 100 Гц, реализована схема когерентного межскважинного зондирования пород. Полученные результаты указывают на возможность использования Воротиловской глубокой скважины как уникального инструмента геодинамического мониторинга с использованием активных и пассивных методов геоакустики.

**

Найдены решения ряда важных практических задач динамического взаимодействия жидкости со сложными конструкциями и отработана технология верификации численных результатов с использования метода конечных элементов. Полученные результаты имеют приложение для проблем поиска источников виброактивности, визуализации вибрационного и акустического полей, анализа динамики в области упругопластических деформаций и акустического проектирования малошумных объектов. Достоверность результатов моделирования подтверждена экспериментально с использованием масштабных физических моделей исследуемых конструкций.

**

Предложен и экспериментально опробован алгоритм определения уровня изотропного шума моря с помощью бортовых распределенных приемных систем в присутствии гидродинамических и структурных помех. Получены оценки погрешностей предложенного алгоритма. На данных натурного эксперимента показано, что предложенный алгоритм позволяет эффективно подавлять мощный источник, расположенный вблизи распределенной системы.

ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН
по направлению "Физическая акустика твердого тела и акустоэлектроника"

Установлено, что транспортные кинетические характеристики фононов терагерцовых частот в оксидной керамике ИАГ с элементами двойникования в структуре зерен и межзеренных границ (МГ) сопоставимы с аналогичными для монокристаллов ИАГ. Показано, что в условиях гелиевых температур, когда вероятность неупругих фонон-фононных процессов крайне мала, транспорт фононов определяется преимущественно рассеянием на МГ. При этом отношение длины свободного пробега фононов к среднему размеру зерна (l/R) может составлять несколько сотен, что свидетельствует о естественной кристаллографической природе МГ и сопоставимой с монокристаллом акустической прозрачности керамики (лаб.171, Московская часть ИРЭ).

**

Путем численного расчета и сравнения характеристик распространения акустических мод разных порядков в пластинах из отличающихся материалов установлены условия их существования. С использованием новых мод разработаны, изготовлены и испытаны первые образцы прототипов микроакустических датчиков жидкости. Показано, что в отличие от ранее используемых для этих целей волн сдвигово-горизонтальной поляризации применение новых пластинчатых мод значительно расширяет круг акустических колебаний, которые способны распространяться в присутствии жидких сред и которые по своим сенсорным свойствам позволяют измерять вязкость, температуру и электропроводность жидкости (лаб.172, Московская часть ИРЭ).

**

Показано, что компьютерные вычисления, использующие ассоциированные матрицы, позволяют находить дисперсионные зависимости поверхностных акустических волн (ПАВ) и псевдо-ПАВ скоростей для более толстых пленок изотропного алмаза, чем при расчетах с обычно применяемыми матрицами. На примере слоистой структуры "толстая изотропная алмазная пленка на подложке из изотропного алмаза" показано, что компьютерные алгоритмы для расчетов распространения ПАВ и псевдо-ПАВ в толстопленочных структурах с использованием обычно применяемых (основных) матриц являются "экспоненциально" неустойчивыми, а применение ассоциированных матриц приводит к устойчивому алгоритму решения этой задачи (лаб.172, Московская часть ИРЭ).

**

Разработаны алгоритмы и программы цифрой обработки эхо сигналов интерферометрического гидролокатора бокового обзора (ГБО), позволяющие вычислять глубины в полосе съемки. Проведены сравнительные испытания в Балтийском море интерферометрического ГБО (частота излучаемого сигнала - 85 кГц, тип зондирующего сигнала - ЛЧМ) с батиметрическими данными многолучевого эхолота SeaBat 8111 фирмы Reason (частота излучаемого сигнала - 100 кГц, тип зондирующего сигнала - Тон). Анализ и сравнение батиметрических измерений, полученных с помощью обеих систем, показал их совпадение в пределах точности измерений. По результатам анализа уточнены возможности и даны рекомендации по применению интерферометрического ГБО для измерений рельефа дна при инженерных и гидрографических изысканиях (лаб.159, Фрязинский филиал ИРЭ).

**

Разработан и испытан совместно с ООО "Севзапгидропроект" навигационно-промерный глубоководный эхолот с применением зондирующего сигнала с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) на частоте 50 кГц. Эхолот разработан на базе излучателя эхолота НЭЛ-20К производства НПК "Промэлектроника". Испытания показали, что применение зондирующего ЛЧМ сигнала позволяет проводить промер до глубины 2000 м и получать разрешение по дальности 1 м при уменьшении мощности излучаемого сигнала в 1000 раз по сравнению с аналогичными измерениями эхолотом НЭЛ-20К, использующем в качестве зондирующего сигнала тональный импульс (лаб.159, Фрязинский филиал ИРЭ).

**

Систематизированы экспериментальные материалы по акустическому зондированию водной среды, полученные несколькими системами в различных частотных диапазонах: акустическим низкочастотным профилографом (частота 3 кГц), эхолотом-профилографом (частота 16 кГц), гидролокатором бокового обзора (частота 80 и 250 кГц). Данные получены при проведении изыскательских работ в Балтийском море и при проведении тестовых измерений в Черном море. Проведен качественный сравнительный анализ рассеяния акустических сигналов разного диапазона неоднородностями водной среды. Полученные результаты могут быть полезны как для экологического мониторинга, так и для локализации газвыделяющих областей морского дна (лаб.159, Фрязинский филиал ИРЭ).

**

Предложен новый метод высокоточных линейных и угловых измерений, основанный на использовании бегущей акустической волны в твердотельном волноводе в качестве измерительной шкалы. Разработан ультразвуковой интерферометр, реализующий предложенный принцип. Экспериментально получена чувствительность к линейному перемещению порядка 0,1 мкм и абсолютная точность порядка 10 мкм на расстояниях до 1 м (лаб.178, Фрязинский филиал ИРЭ).

**

Теоретически предсказан и экспериментально обнаружен новый вид брэгговской дифракции света, при которой достигается дифракционная эффективность, близкая к 100% в широком диапазоне акустической мощности сигнала. Показано, что физическая причина явления заключается в симметрично неоднородном распределении фазы акустического поля вдоль пути распространения света (лаб. 250,254 Фрязинский филиал ИРЭ).

**

Развит новый метод управления параметрами импульсного оптического излучения, с помощью непериодических фазоманипулированных акустических сигналов. Метод позволяет модифицировать угловой спектр лазерного излучения недоступными ранее способами (лаб. 250, 254 Фрязинский филиал ИРЭ).

**

Разработан новый способ определения диэлектрической проницаемости твердых тел, основанный на использовании акустической волны в пьезоэлектрической пластине, контактирующей через воздушный зазор с исследуемым образцом. Пьезоэлектрические поля пластины проникают в исследуемый образец и скорость волны или фаза выходного сигнала в сильной степени зависит от диэлектрической проницаемости исследуемого материала. Основное преимущество предлагаемого способа проявляется при определении диэлектрической проницаемости пьезоэлектрических материалов (лаб. СФ-9 Саратовский филиал ИРЭ). Новым акустическим способом определены температурные зависимости диэлектрической проницаемости нанокомпозитных материалов на основе полиэтилена высокого давления с наночастицами железа различной концентрации в диапазоне температур 0-40ºС. Обнаружено, что диэлектрическая проницаемость исследуемых материалов с ростом температуры уменьшается и для нее отсутствует температурный гистерезис. Полученные результаты могут быть использованы при разработке температурностабильных акустических звукопроводов с высоким значением коэффициента электромеханической связи, содержащих слои пьезоэлектрика и нанокомпозитного материала (лаб. СФ-9, Саратовский филиал ИРЭ, лаб.193 Московская часть ИРЭ).

**

Рассмотрено циркуляционное распространение сдвиговых упругих волн горизонтальной поляризации в пьезоактивной щелевой структуре "вращающийся цилиндр - цилиндрический слой" и рассеяние монохроматической сдвиговой волны цилиндрической полостью пьезоэлектрика с вращающимся пьезоэлектрическим цилиндром. Показано, что вращение пьезоэлектрического цилиндра обуславливает невзаимность циркуляционного распространения мод электрозвуковых волн и вызывает асимметрию полярной характеристики рассеяния сдвиговой волны полостью (лаб.УФ-2, Ульяновский филиал ИРЭ).

Кафедра акустики МГУ

Рассчитан коэффициент затухания акустических волн в коллоидном растворе наночастиц в широком диапазоне частот; результат необходим для создания систем акустического управления процессами формирования упорядоченных структур наночастиц. Рассчитана структура поля волны, формирующаяся в пленке жидкости на подложке, в которой бежит релеевская волна. Рассчитано поле радиационных сил в жидкой пленке. Предложен корректный метод определения радиационных сил в жидкости и радиационных напряжений в твердых телах, позволяющий учесть как акустическую, так и гидродинамическую и упругую нелинейности.

**

Экспериментально продемонстрирована возможность структурирования ансамблей наночастиц в акустическом поле стоячей поверхностной акустической волны.

**

Введено определение нелинейного акустического параметра для локального измерения гармоник в окрестности одной трещины и объемного нелинейного модуля твердого тела, содержащего множество трещин. Рассчитана нелинейность тела со сферическими полостями и трещинами эллиптической формы. Получены точные решения уравнений гидродинамики вязкой жидкости, обобщающие известное решение Ландау для затопленной струи. Показано, что решения типа Ландау имеют прикладное значение; они описывают некоторые течения в соплах и диффузорах, полезны в расчетах гидроструйных резательных машин, а также быстрых акустических течений.

**

Исследовано влияние акустооптическое взаимодействия при лазерной виброметрии в жидкости. Изучены закономерности формирования зоны термического разрушения при лечении фибрилляции предсердий катетерным методом ультразвуковой абляции. Экспериментально реализован метод акустической томографии распределения температуры при нагреве среды фокусированным ультразвуковым пучком. Исследовано влияние упругих волн в металлическом рефлекторе на динамику кавитационных пузырьков в фокальной области электрогидравлического литотриптера. Проведены эксперименты по акустической голографии для восстановления трехмерных неоднородностей в оптически непрозрачных средах.

**

Исследовано влияние нелинейно-дифракционных эффектов на изменение коэффициентов концентрации фокусирующих систем и предельно достижимые значения параметров разрывных волн, получаемых при фокусировке мощного ультразвука в слабопоглощающих жидких средах. Показаны отличия в искажении пространственной структуры нелинейного пучка для гауссовского и поршневого излучателей. Изучено влияние эффектов дифракции и рефракции на тепловой линзе на изменение задержки, амплитуды и формы зондирующего акустического импульса для дистанционного контроля температуры с помощью ультразвука. Теоретически и экспериментально показаны ограничения ЯМР-термометрии при визуализации терапевтического воздействия мощного фокусированного ультразвука на биологические ткани.

**

Теоретически и экспериментально исследован новый метод неинвазивного определения концентрации гемоглобина в крови с применением многоэлементной акустической решетки. Метод основан на генерации акустических сигналов в лучевой артерии лазерными импульсами и последующей регистрацией возбуждаемых сигналов широкополосными приемниками. Клинические тестирования показали, что применение акустической решетки позволяет существенно уменьшить время и повысить точность измерения уровня гемоглобина в крови.

**

Разработан термоакустический датчик для регистрации огибающей мощных СВЧ импульсов наносекундной длительности. Создан макет датчика и проведена его апробация при регистрации мощных СВЧ импульсов на действующих ускорителях.

**

Развит метод получения точных (и новых) аналитических физически содержательных решений уравнений нелинейной акустики (в т.ч., пучковой акустики) на основе существующего в классической линейной теории волн определения и анзаца "относительно неискажающейся волны".

**

Получены математические модели для анализа осцилляционной динамики микропузырьков в нелинейно-упругих оболочках для целей акусто-медицинской диагностики. Проведен анализ поверхностных возмущений капли с произвольными углами смачивания на вертикально вибрирующем основании для использования для организации процесса формирования наноструктур при испарении данной капли.

**

Рассчитаны профили волн с широким частотным спектром, а также ударных волн, прошедших через слой неоднородной среды. Получены аналитические решения, описывающие пространственную структуру и пиковую амплитуду волны после слоя, образование областей фокусировки и дефокусировки. Проанализированы трансформация исходного спектра волны и влияние неоднородностей среды на проявление нелинейных эффектов. Предложенные модели применены для исследования акустических полей, возникающих в верхних слоях атмосферы вследствие сейсмической активности в земной коре.

**

Получены аналитические решения, описывающие искажение профиля и пространственной структуры интенсивной линейно-поляризованной сдвиговой волны в кубично-нелинейной среде с переменным модулем сдвиговой упругости.

**

Исследованы возможности корреляционных термотомографических систем, обрабатывающих фокусированные поля собственного термоакустического излучения исследуемого объекта и фонового излучения. Показано, что дополнительно создаваемая анизотропная "подсветка" позволяет восстановить распределение всех основных акустических и температурных характеристик.

**

Предложен метод определения модовой структуры океана по данным измерений с коротких антенн, искривленных неизвестным образом подводными течениями, что соответствует условиям реального эксперимента. Разработан алгоритм определения времени прихода акустических сигналов по модам разных номеров на основе решения системы линейных уравнений.

**

Рассмотрена возможность существования в акустике сред, аналогичных по ряду эффектов широко обсуждаемым электродинамическим левым средам. Для выделения эффектов, связанных со знаком плотности и сжимаемости, анализ проведен на базе линеаризованных уравнений гидродинамики, а не волнового уравнения или уравнения Гельмгольца. Проведено численное моделирование, показавшее наличие всех ожидаемых эффектов.

**

Предложена методика использования нелинейного эффекта возникновения комбинационных волн третьего порядка в целях медицинской диагностики. Предложена экспериментальная схема, содержащая всего три излучателя и один приемник при широкополосной модуляции двух или трех первичных волн в случае двумерного или трехмерного томографирования, соответственно. Проведены модельные численные и физические эксперименты.

**

Разработан метод восстановления двумерных рефракционно-поглощающих рассеивателей в полихроматическом режиме. Показано, что помехоустойчивость алгоритма достаточно высока для его использования в практических целях.

**

Построены формула расщепления и спектральное уравнение для задачи Вайнштейна о рассеянии акустической моды на открытом конце волновода. Построена топологическая оценка числа мод в разветвленном волноводе на заданной частоте. Исследованы особенности резонансов в дискретных системах с подвижными границами.

**

Разработана и создана автоматизированная экспериментальная установка для дистанционной диагностики твердотельных пластин и резиноподобных материалов с использованием лазерного виброметра. Созданы методика и программа для персонального компьютера, позволившая по экспериментально измеренному распределению амплитуд волны Лэмба и ее второй и третьей гармоник в тонкой пластине определить пространственное распределение квадратичного и кубичного нелинейных акустических параметров. Установлено, что пространственное распределение нелинейного параметра коррелирует с распределением дефектов в тестируемом образце. Показано, что пространственное распределение нелинейного акустического параметра позволяет получить большую информацию о дефектах в тестируемом материале, чем визуализация формы амплитуд акустических гармоник. Разработан и реализован дистанционный метод диагностики резиноподобных материалов с помощью воздушного ультразвука и лазерной виброметрии.

**

Проведено исследование воздействия поля шумов железнодорожного транспорта на акустическое загрязнение территории жилой застройки на низких звуковых частотах при расположении приемной системы и шумового источника по разные стороны акустического экрана. Показано, что с удалением приёмной системы от акустического экрана в диапазоне частот, когда длина волны становится существенно меньше высоты акустического экрана, (400-1000 Гц) шумозащитные свойства его уменьшаются. На частотах ниже 400 Гц акустический экран практически не оказывает влияние на формирование звукового поля за акустическим экраном, уровень звукового поля остается примерно постоянным и достигает значительной величины - 95-100 дБ на частоте 10 Гц.

**

Проведён анализ существующих методов калибровки векторных приемников, как в водной, так и в воздушной средах, на основании которого показано, что существующие методы градуировки векторных приемников обеспечивают требуемые погрешности определения чувствительности звукоприемников для их использования в отдельных приемных модулях комбинированной приёмной системе.

**

Изучены особенности восстановления параметров слоистого дна океана методом геоакустической инверсии, определена точность и глубина проникновения в дно при использовании данного метода, даны оценки возможности восстановления гидрологических характеристик придонного фронта методом лучевой томографии океана.

**

В конце 2008 года был закончен новый орган в Государственном музее-заповеднике "Царицыно" в Москве, сразу же началась его активная эксплуатация (в 2009 на нем еженедельно давались концерты). Особенностью использования органа является возможность его перемещения по залу (он установлен на подвижной платформе). Новый орган и акустика зала, где он установлен, обсуждались на "Академических чтениях" в июле 2009 в НИИСФ.

**

В 2009 году начаты 2 органных проекта в Санкт-Петербурге (реставрация исторического органа "Sauer" в Царском Селе и орган для Университета культуры и искусств).

**

Одним из перспективных направлений исследований в области акустооптики является изучение взаимодействия света и звука в новых кристаллических материалах, обладающих особым сочетанием акустических, акустооптических и оптических свойств. Эти кристаллические материалы используются в качестве среды взаимодействия в акустооптических модуляторах, дефлекторах и фильтрах. К новым акустооптическим материалам, исследованным в Московском университете, относятся соединения на основе теллура и ртути, например, парателлурит (TeO2), каломель (Hg2Cl2), бромид ртути (Hg2Br2), йодид ртути (Hg2I2) и т.д. Оказалось, что в этих новых материалах акустооптики могут распространяться упругие волны с очень низким значением фазовой скорости и исключительно большими углами между фазовой и групповой скоростью звука, достигающими 70º и более. В новых материалах акустооптики были обнаружены необычные закономерности распространения и отражения упругих волн, что позволило предсказать существование новых акустических и акустооптических эффектов. Можно ожидать, что исследованные закономерности распространения упругих волн в кристаллах окажутся не только интересными с точки зрения фундаментального знания, но смогут найти применение в Акустике, Акустооптике и Кристаллофизике, например, при создании новых типов акустооптических и акустоэлектронных устройств.

**

В университете также изучалось явление дифракции электромагнитного излучения на дифракционных решетках, созданных в среде взаимодействия света и звука клиновидным преобразователем, работающем на гармонике основной частоты. Показаны возможности применения клиновидных пьезоэлектрических преобразователей в акустооптических дефлекторах и анализаторах спектра радиосигналов.

**

Исследовано близкое к обратному отражение упругих волн от свободной и плоской границы раздела между кристаллом парателлурита и вакуумом в случае наклонного падения акустической волны на границу. Анализ показал, что от границы раздела отражаются две волны ультразвука, поток энергии одной из которых может быть направлен приблизительно навстречу потоку энергии исходной волны, при этом два потока разделены в пространстве углом, не превышающим нескольких градусов. Относительная интенсивность необыкновенно отраженной волны достигает 100% или близка к максимальной в широком диапазоне углов среза кристаллов. Получено экспериментальное подтверждение выводов теории.

**

Исследовано возбуждение ультразвука клиновидным пьезоэлектрическим преобразователем на его высоких гармониках. В отличие от варианта однородного преобразователя обнаружено заметное расширение полосы возбуждения; например, на третьей гармонике до 10 раз по сравнению с основной частотой. Показано, что акустическое поле клиновидного преобразователя имеет сложную амплитудную и фазовую структуру, меняющуюся при изменении частоты ультразвука. Это существенно изменяет закономерности акустооптической дифракции, в частности, частотную зависимость оптимального угла падения света на акустический волновой фронт. Обнаруженные особенности акустооптического взаимодействия могут быть использованы для улучшения параметров акустооптических дефлекторов и анализаторов спектра.

Лаборатория нелинейной и лазерной акустики МЛЦ МГУ

Разработана методика расчета параметров широкополосных фокусированных многоэлементных антенн для лазерной оптико-акустической и лазерно-ультразвуковой томографии. Проведены модельные эксперименты, подтверждающие работоспособность методики.

**

Лазерно-ультразвуковым методом исследована зависимость скоростей ультразвука в металлах, находящихся под внешней нагрузкой. Показана возможность лазерно-ультразвукового контроля локального напряженного состояния твердых тел.

ННГУ

Разработаны новые акустические методы определения общего белка, белковых фракций и липидных компонентов сыворотки крови человека. Акустические методы базируются на высокоточных измерениях температурных зависимостей скорости и частотных и температурных зависимостях поглощения ультразвука. Измерения акустических характеристик сыворотки крови выполнялись методом интерферометра постоянной длины в акустических ячейках объемом около 80 мкл в температурном диапазоне 15 - 40ºС, в частотном интервале 4 - 9 МГц на отечественном акустическом анализаторе "БИОМ". Разработанные акустические методы клинически апробированы и рекомендованы к использованию в клинико-диагностических лабораториях лечебно-профилактических учреждений России.

Лаборатория Квантовой акустики и ультразвуковой спектроскопии
кафедры Физики твердого тела Физического факультета СПбГУ, С.Петербург

В рамках комплексного подхода проведены акустические исследования структурных фазовых переходов (сегнетоэлектрических и суперионных) в нанокомпозиционных материалах на основе нанопористых матриц (опалов, молекулярных сит, пористых стекол), с введенными в поры сегнетоэлектриками и суперионными проводниками. Получены данные о сегнетоэлектрических и суперионных свойствах нанокомпозитах, выявлены размерные эффекты на температуры фазовых переходов.

**

С использованием акустооптических методов изучения кристаллических материалов исследованы особенности акустоионного взаимодействия в суперионных фторидах.

**

Проведены исследования упругих характеристик нанопористых матриц с различной геометрией сетки пор.

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (г.Санкт-Петербург)

Выполнен цикл исследований спектральных характеристик излучения четырехкомпонентного полупроводникового лазера, генерирующего световую энергию на длине волны 1.48 мкм при акустическом воздействии. При исследовании лазер был установлен на пьезоэлектрическую подложку из кристалла ниобата лития, по которой распространялась низкочастотная акустическая волна. Бегущие по подложке волны акустической деформации модулировали частоту излучения лазера, причем индуцированные звуком изменения частоты были зарегистрированы в акустооптическом эксперименте с помощью квазиколлинеарного акустоопического фильтра высокого спектрального разрешения. Результаты исследования могут быть полезными и найти применение при создании новых поколений полупроводниковых лазеров, предназначенных для использования в волоконно-оптических линий связи.

Лаборатория "Акустики океана" Института океанологии им. П.П.Ширшова РАН

Показана возможность выполнения акустической томографии океана по окружающему шумовому полю (пассивная томография). Активная акустическая термометрия основывается на излучении звукового поля ("подсветка"), его приеме и восстановлении параметров среды по характеристикам прошедшего через нее звука. Однако, при практической реализации общепринятых схем активной томографии необходимы дорогостоящие низкочастотные излучатели, что ведет к высокой стоимости всей системы наблюдения. Идея пассивной томографии основывается на предположении, что естественный диффузный шум также "адаптируется" к среде и из его свойств можно получить ту же информацию, что и при активном зондировании. Нами была произведена предварительная обработка экспериментальных данных (1998-1999 Billboard Array Experiment) с целью восстановления характеристик среды по 50-ти часовому интервалу измерения шумового поля вертикальными антеннами.

**

Проведены первоначальные исследования и выполнено численное моделирование эффекта аномальной стабильности волновых фронтов на больших расстояниях. В настоящее время считается, что акустическая томография применима только в тех областях, где предсказуемы траектории собственных лучей, соединяющих источники звука и приемники. Для больших расстояний в неоднородной по трассе среде алгоритмы расчёта акустических полей принципиально не позволяют отделить тонкие эффекты, обусловленные стохастичностью поля скорости звука, от эффектов, обусловленных структурой "опорной" среды. Обнаружено, что одной из стабильных характеристик акустического поля на больших дистанциях в глубоком, неоднородном по трассе океане может служить форма волнового фронта, определяемая по первым приходам акустического сигнала. На основе двумерного лучевого алгоритма нами была разработана методика оценки эффекта устойчивости волновых фронтов (линий равных времен прихода сигналов) относительно формирующих их лучей при дальнем распространении звука в океане. В результате появилась возможность провести исследование этого эффекта при более сильных возмущениях поля скорости звука, встречающихся в различных районах Мирового океана, а также оценить предельные амплитуды возмущений и расстояния, для которых применимы полученные аналитически в первом порядке теории возмущений результаты.

Научный центр волновых исследований Учреждения Российской академии наук Института общей физики им. А.М.Прохорова РАН (филиал)

Совместно с и Институтом прикладной физики РАН исследованы возможности фокусировки низкочастотных (100-300 Гц) звуковых полей в мелком море при обращении волнового фронта и временном обращении волн. Теоретически и экспериментально подтверждена возможность фокусировки поля точечного источника широкополосных сигналов при временном обращении волн. Проведен сравнительный анализ качества фокусировки при использовании точечного приемно-излучающего элемента и вертикально развитой антенны при ветровом поверхностном волнении различной интенсивности. Продемонстрировано, что фокусировка звука на расстоянии в несколько десятков километров возможна как при обращении волнового фронта, так и при временном обращении волн. В последнем случае применение вертикальной антенны не приводит к радикальному улучшению качества фокусировки.

**

Впервые в России в условиях полунатурного эксперимента произведено активное гашение мощных низкочастотных шумов дизель-генератора с использованием разработанных в НЦВИ ИОФ РАН алгоритмов, программного обеспечения и технических средств. Например, дискретная составляющая на частоте 37,5 Гц была подавлена на величину 15-20 дБ. Пассивные методы не в состоянии выполнить такое подавление.

**

В результате применения разработанных в НЦВИ ИОФ РАН многоканальных векторно-скалярных буксируемых линейных антенн в условиях Ладожского полигона произведено подавление зеркального лепестка на величину 18-22 дБ, что позволяет разделять цели по левому и правому борту или разделять сигналы, приходящие на антенну спереди или сзади.

Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского

На базе созданного ранее растрового акустического микроскопа разработан метод контроля резьбовых калибров по параметрам, соответствующим требованиям ГОСТ. По заказу Саратовского подшипникового завода была решена задача определения угла контакта шарика с обоймой подшипника. Разработанная методика позволяет с высокой степенью точности (до единиц микрометров) определять траекторию качения шарика в обойме собранного подшипника, с последующим определением других требуемых параметров. Такие измерения проводятся бесконтактным способом, посредством зондирования сфокусированным ультразвуковым пучком области касания шарика сквозь обойму подшипника. Полученные данные дают возможность последующего построения трехмерной картины этой области объекта, определения необходимых геометрических параметров, а также создания анимационных фильмов, позволяющих проводить послойный анализ внутренней структуры изучаемого объекта. На разработанный метод получен патент на изобретение "Способ определения угла контакта шарикоподшипников" № 2336494.

Московский исследовательский центр Шлюмберже.

Разработаны компьютерные программы трехмерного моделирования, распространения акустических и сейсмических полей в реальных геологических средах. Программы реализованы для расчета на параллельных процессорах, что позволяет за короткое время рассчитывать волновые поля с высокой степенью точности. Это дает возможность использовать разработанные программы для решения обратных задач практически необходимых для целей нефтяной сейсморазведки и скважинной акустики.

**

Выполнены исследования по изучению особенностей распространения акустических волн типа волн шепчущей галереи и волн соскальзывания, распространяющихся по поверхностям скважин при проведении акустических каротажных исследований. Это дает возможность более полно использовать информацию, получаемую акустическими приборами, и повышает информативность акустических методов исследования скважин.

**

Разработана технология исследований и выполнено много экспериментов по сопоставлению наблюдений, повторяющихся с некоторой периодичностью. При этом определяются изменения, происходящих при разработке нефтегазовых месторождений или при проведении гидроразрыва пласта коллектора с целью интенсификации притоков нефти.

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва.
Институт вычислительной математики
и математической геофизики СО РАН, г. Новосибирск.

Для подтверждения достоверности проведённых в Атлантическом океане экспериментальных работ разработан аналитический алгоритм моделирования сейсмоакустических полей, не имеющий ограничений по точности, моделям сред и базам наблюдения и позволяющий рассчитывать динамику отдельно взятых волн (однократные, волны спутники и т.п.). Алгоритм основан на аналитических представлениях решения с использованием интегральных преобразований различного типа (Фурье, Лагера и т.д.). Использование технологии высокопроизводительных вычислений и новой математики распараллеливания позволило проводить расчеты на сверхдальние расстояния, характерные для данных ГСЗ. В результате проведённого моделирования показано, что учёт поглощения в Земле даёт хорошее совпадение модельного и наблюдённого волновых полей. Получена, в первом приближении, формула отношений интенсивностей волн различных кратностей для больших выносов источник-приёмник, подтверждённая экспериментальными данными и результатами математического моделирования. В морских экспериментальных данных чётко выражен эффект разрастания кратных волн. Считается, что это явление объясняется дипольностью или возникновением "мнимого" источника в случае, когда он расположен на небольшом расстоянии от поверхности воды. В результате моделирования уточнены существующие в настоящее время теоретические представления. А именно, показано, что дипольное свойство источника при его малом заглублении только частично объясняет эффект разрастания кратных волн. Общий эффект разрастания кратных волн давления объясняется возникновением "мнимого" источника и эффектом взаимодействия волнового поля с дном.

РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

В 2009 году прошла практическую апробацию технология мониторинга гидроразрыва нефтяных пластов по данным акустического каротажа (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, научный руководитель, профессор В.М.Добрынин). Технология позволяет оценить текущую нефтенасыщенность пород их фильтрационно-емкостные и деформационно-упругие свойства и техническое состояние обсаженной скважины, необходимые для проектирования и контроля гидроразрыва пласта.

ФГУП ГНЦ РФ "Центральный научно-исследовательский институт
им. акад. А.Н. Крылова"

Завершен комплекс теоретических работ, позволивший создать методику и программу расчета гидроакустических полей подводных объектов (с учетом резонансных колебаний их корпусов) в диапазоне низких звуковых частот.

**

Выпущен государственный стандарт Российской Федерации по измерению мощности колебаний, излучаемых вибрирующими машинами в присоединенные конструкции. ГОСТ Р.8.653-2009.

**

В части создания нового поколения корабельных средств акустической защиты исследовано влияние наноконструкционных углеродных инградиентов на акустические, прочностные и ресурсные показатели эластомеров (резин, термопластов и полиуретанов). Установлены массовые содержания нанокластеров, влияющие на усиление полимерных сеток эластомеров, что приводит к улучшению их прочностных, технологических и эксплуатационных показателей.

**

Выполнен цикл экспериментальных исследований пространственно-временной структуры турбулентных пульсаций давления и порождаемых ими шумов обтекания. Исследования этой фундаментальной проблемы турбулентных течений жидкостей и газов позволяют продвинуться в решении задач прогнозирования и управления аэрогидродинамическими шумами при проектировании скоростных транспортных средств. В малошумной аэродинамической трубе при разных скоростях натекающего потока исследованы статистические характеристики турбулентных пульсаций давления на поверхности тел различной формы и создаваемых этими пульсациями шумов обтекания. Особое внимание уделялось спектрам псевдозвуковых пульсаций давления, которые действуют на наружную поверхность транспортного средства и являются основными источниками возбуждения его корпуса. Получены экспериментальные результаты о частотных спектрах мощности турбулентных давлений на поверхности тел, обтекаемых потоком. Обнаружено совпадение с нормированными частотными спектрами, измеренными на поверхности фюзеляжей скоростных авиалайнеров. Впервые выполнены прямые измерения частотно-волновых спектров турбулентных пульсаций давления с помощью волновых фильтров из преобразователей прямоугольной формы. Исследованы узкополосные пространственные функции корреляции (взаимные спектры) псевдозвуковых турбулентных давлений. Впервые экспериментально исследован пространственный характеристический функционал турбулентных пульсаций давления. Определены частотные спектры мощности собственного акустического излучения турбулентного пограничного слоя при разных числах Маха и Рейнольдса для аэрогидродинамически гладких и шероховатых поверхностей тел, обтекаемых потоком. Найдена совокупность критериев моделирования в форме обобщенных чисел Рейнольдса, Маха и Струхаля, позволяющая пересчитывать результаты модельных испытаний на натурные условия эксплуатации современных скоростных транспортных средств. Для численного моделирования турбулентных давлений построены математические модели, аналитически описывающие экспериментально определенные функциональные зависимости статистических характеристик турбулентных пульсаций давления и порождаемых ими шумов обтекания. Разработаны алгоритмы и создан программный продукт TWPFC (Turbulent Wall Pressure Fluctuations Calculations), обеспечивающий компьютерное моделирования статистических характеристик турбулентных пульсаций давления на поверхности тел различной формы и создаваемых этими пульсациями шумов обтекания.

ЦАГИ, Акустическое отделение

Рассмотрена двумерная задача о генерации волны неустойчивости, развивающейся с кромки полуплоскости, разделяющей покоящуюся и движущуюся среды. Предполагалось, что волна неустойчивости инициирована акустической волной, приходящей из области движущейся среды. В рамках выбранной двумерной модели показана принципиальная возможность эффективного управления волной неустойчивости путем подбора управляющего акустического воздействия. Показано также, что интенсивность такого воздействия может быть порядка величины возмущений в потоке, вызывающих развитие исходной волны неустойчивости, т.е. весьма мало вблизи кромки сопла. Для реализации такого подхода необходимо независимым образом определить (измерить) начальные параметры волны неустойчивости (в той совокупности возмущений, которые имеют место вблизи кромки сопла, сходящей с кромки сопла), и в соответствии с этим подобрать внешнее воздействие, полностью гасящее волну неустойчивости.

**

Проведено исследование взаимодейсивия микроструй коронного разряда с турбулентной струей и показано их существенное влияние на сдвиговый слой струи. Предложена пространственная конфигурация системы актуаторов из шести игл анодов для возбуждения бесселевских мод колебаний ядра вихревого кольца. Показано, что эффект разрушения вихревых колец носит резонансный характер, так как он достигается только при воздействии пульсирующими микроструями и не достигается при воздействии постоянными микроструями, создающимися высоковольтными источниками постоянного напряжения. Этот научный результат лег в основу изобретения (патент №2357109), демонстрирующего возможность активного управления шумом турбулентных потоков, основанного на резонансном разрушении крупных энергосодержащих вихрей с помощью микроструй коронного разряда переменного напряжения.

**

Решена известная задача о длинноволновом рассеянии звука на цилиндрическом вихре. Сформулирована новая, физически и математически корректная, постановка задачи; а именно, исследуется рассеяние звука от точечного источника, расположенного на большом, но конечном расстоянии от вихря. Найдено звуковое поле в области между источником и вихрём, как для резонансного, так и для нерезонансного случаев и исправлено выражение для собственной резонансной частоты цилиндрического вихря.

**

Проанализировано соответствие имеющихся представлений о волнах неустойчивости, как основных динамических источниках шума в сверхзвуковых струях, данным акустических измерений этого шума. Методологически задача состояла в проверке главных принципов теории Тама излучения шума сверхзвуковой струей, которая построена на идеологии волн неустойчивости в сдвиговом слое струи и их определяющей роли в генерации шума. Технически работа была основана на разработанной авторами новой методике измерений шума - методе азимутальной декомпозиции. Показано, что в области чисел Струхаля 0,03-0,35 теория удовлетворительно описывает направленность излучения отдельными гармониками, а начальные амплитуды волн неустойчивости находятся в качественном соответствии с предположением об их равнораспределении вблизи кромки сопла.

**

Проведен цикл экспериментальных исследований аэроакустических характеристик дозвуковых турбулентных струй при различных формах выходного сечения сопла, включая сопла с шевронами, тэбами, мини-дефлекторами (вихрегенераторами) и сопла с отклоняемым вектором тяги. Получены данные о статистических характеристиках турбулентности, об уровнях и спектрах пульсаций давления в ближнем и дальнем звуковых полях струй для различных типов сопл. Измерения функции когерентности пульсаций скорости в зоне смешения струи и пульсаций давления в ближнем поле струи показали, что прямое влияние крупномасштабных структур на характеристики ближнего звукового поля струи имеет место только в непосредственной близости от границ струи. Полученные данные являются основополагающими для разработки полуэмпирической модели ближнего акустического поля реактивной струи с целью реализации новой концепции снижения шума на местности и в салоне перспективных самолетов.

**

Проведен цикл исследований по разработке звукопоглощающих конструкций (ЗПК) для каналов современных и перспективных авиационных двигателей. Создана новая полуэмпирическая модель импеданса однослойных сотовых звукопоглощающих конструкций резонансного типа с учетом высоких уровней звукового давления и наличия сносящего потока. Показано, что наличие в спектре сигнала кроме основной частоты ее гармоник приводит к существенному изменению импеданса, как на частоте настройки, так и на других частотах. Данная модель импеданса, учитывающая нелинейное взаимодействие поглощающих слоев при высоких уровнях звукового давления, развита на случай многослойных звукопоглощающих конструкций. Решена обратная задача определения оптимальных геометрических параметров многослойных конструкций из условия наилучшего приближения реального импеданса многослойной конструкции к оптимальному, определяемому из решения общей задачи о распространении звука в канале с потоком.

**

Исследован новый способ расширения спектра частот звукопоглощения за счет использования специальных гомогенных материалов с жесткой структурой. Впервые предложено для существенного расширения возможностей гомогенного материала использовать его сквозную или несквозную перфорацию. Разработана теория ЗПК с гомогенным материалом при наличии сквозной перфорации, которая позволяет на основе волновых параметров исходного материала, определяемых экспериментально, вычислять волновые параметры и импеданс модифицированной конструкции с учетом перфорации. На основании созданной теории можно рассчитывать импеданс конструкций, состоящих как из слоев разной толщины, отличающихся процентом перфорации и диаметром отверстий, так и содержащих неперфорированные слои и воздушные промежутки.

**

Изучен механизм передачи звуковой энергии через конструкцию от неоднородного по пространству турбулентного пограничного слоя, обусловленный ее инерционным поведением, который определяется областью малых волновых чисел возбуждающего поля. Получены выражения для звуковой мощности, излучаемой упруго-инерционными системами как при их резонансном, так и чисто инерционном поведении. Установлены критерии, определяющие доминирующий механизм излучения. Обнаружены новые эффекты усиления акустического излучения, которые имеют волновую природу и проявляются при определенных соотношениях между параметрами возбуждающего поля и упругой системы. Показано, что этими эффектами определяются основные закономерности в излучении звука упругими конструкциями.

**

Установлены общие закономерности в колебаниях и акустическом излучении ограниченных и неограниченных пластин при их неоднородном аэроакустическом возбуждении. Показано, что колебания и акустическое излучение ограниченных тонкостенных конструкций при малых масштабах корреляции и неоднородности определяются эффектами, характерными для поведения неограниченных систем и описываются аналогичными зависимостями.

ЦАГИ и АКИН

Газодобывающие платформы в Северном море (Штокмановское месторождение) испытывают серьезные шумовые и вибрационные проблемы из-за очень высоких уровней шума в отводящих газопроводах. Эти газопроводы являются гофрированными трубами длиной несколько сотен метров, через которые течет турбулентный газовый поток. Исследована генерация звука потоком воздуха при различных периодах гофрировки и длины трубки. Показано, что звук при заданной частоте звук при различных периодах гофрировки может как нарастать так и затухать. Этот научный результат лег в основу изобретения (патент №2369798), позволяющего устранить или существенно снизить шум и вибрацию без потери производительности газопровода.

ЦИАМ

На основании результатов экспериментальных исследований и анализа известных данных совместно с ОАО "Авиадвигатель" (г.Пермь) разработана новая схема шевронных сопел для снижения шума выхлопных струй двигателей с большой степенью двухконтурности. Результаты модельных испытаний на открытом акустическом стенде ЦИАМ показали, что предложенные схемы шевронных сопел, в отличие от традиционных конфигураций, обеспечивают снижение шума струи во всем диапазоне частот. Пересчет экспериментальных данных на натурные условия показал, что предложенные конфигурации обеспечивают снижение шума выхлопной струи на 1-2EPNdB в контрольных точках взлета и набора высоты.

**

Экспериментально исследованы условия появления дискретного тона в акустическом поле закрученной струи при высокой степени закрутки. Рассматривались как модельные закрученные струи, так и струи за реальными осерадиальными завихрителями авиационных двигателей. Показано, что излучение дискретного тона связано с прецессионным движением имеющем место в закрученной струе при высокой интенсивности закрутки. В этом случае в приосевой части струи возникает зона возвратных токов, которая совершает прецессионное движение. Его частота совпадает с частотой акустического излучения. Предложена упрощенная модель излучения чистого тона закрученной струей, которая позволяет описать некоторые особенности акустического поля закрученной струи, в том числе, появление второй гармоники в спектре звука.

**

Предложена модель порождения шума в слое смешения струи, связанная с явлением, называемым "перемежаемостью турбулентности". Представленные результаты экспериментального исследования и их анализ связывают механизм шумообразования струи с колебаниями расхода подтекающей к струе жидкости. Эти колебания индуцированы нестационарным движением сравнительно узкой зоны "турбулентной жидкости", которая заключена внутри области, отождествляемой со слоем смешения. Предложенная модель шумообразования в турбулентной струе, в частности, позволила объяснить данные экспериментов по определению расположения источников звука для разных частот, где результаты измерений группируются в трёх областях, соответствующих разным способам определения местонахождения источников.

**

Проанализировано влияние впрыска воды и наличия шумоглушащих насадков на снижение акустической мощности струи. Результаты анализа экспериментальных данных показали, что систематическое отклонение от связи акустической и механической энергий струй, полученной из акустической аналогии Лайтхилла, возникает только при истечении низкоскоростных струй малой плотности и при создании продольной завихренности в потоке.

**

Показано, что воздействия лепестковых сопел, многотрубчатых насадков шевронных сопел на шум струи оказываются аналогичными и обусловлены возникновением продольной компоненты завихренности на выходе из соплового устройства. Данные по снижению акустомеханического КПД турбулентных струй для всех указанных воздействий описываются единым параметром, который характеризует относительную интенсивность продольной завихренности, создаваемой каждым воздействующим элементом: лепестком, трубкой, шевроном. Установлено, что эффективность воздействия на акустомеханический КПД монотонно возрастает с ростом этого параметра.

**

Разработан метод расчета нестационарного аэродинамического взаимодействия двух равномерно перемещающихся относительно друг друга в дозвуковом потоке газа плоских решеток профилей, моделирующего в двумерном приближении течение в ступени осевой турбомашины. Метод основан на сведении задачи к расчету нестационарного потока в одном межлопаточном канале каждой из решеток с использованием соотношений обобщенной пространственно-временной периодичности, отвечающих рассматриваемому нестационарному процессу.

**

Разработана численная модель распространения линейного модального звука в тракте осесимметричного воздухозаборника авиационного двигателя и его излучения в область внешнего потока, натекающего на воздухозаборник. Расчет акустических полей в потоке газа осуществляется на основе численного решения линеаризованных уравнений трехмерного нестационарного течения идеального газа с применением разрывного метода Галеркина, который позволяет построить устойчивые численные схемы повышенного (второго, третьего и выше) порядка точности и значительно повысить эффективность вычислительной процедуры. Воздействие звукопоглощающей облицовки стенок проточного тракта воздухозаборника описывается посредством обобщенной импедансной модели, обеспечивающей устойчивость процесса установления численного решения по времени и учитывающей конвекцию звука в основном потоке около облицованной стенки.

Институт математического моделирования РАН

Разработан численный метод повышенной точности расчета вибраций конструкций с помощью решения системы линеаризованных уравнений Эйлера на неструктурированных сетках с определением переменных в узлах. Метод основан на квадратичной интерполяции пульсационных переменных и обеспечивает третий порядок точности на произвольных тетраэдральных и треугольных сетках. Метод реализован пока для двумерных постановок. Разработан виртуальный численный стенд по определению свойств отдельных ячеек или систем из нескольких ячеек звукопоглощающих конструкций (ЗПК) резонансного типа. Стенд позволяет проводить вычислительные эксперименты с учетом входящего течения при различных дозвуковых скоростях с различными профилями пограничных слоев. Проведены демонстрационные расчеты.

**

Комплекс программ NOISEtte для расчета задач аэроакустики и газовой динамики, развиваемый в ИММ, адаптирован к расчетам на терафлопных суперкомпьютерах с многоядерной архитектурой. Использован гибридный подход к распараллеливанию на основе библиотек MPI для систем с распределенной памятью и стандарта OpenMP для машин с общей памятью. В пробных расчетах с использованием 2500 процессорных ядер продемонстрировано ускорение, близкое к линейному. Работа заняла втрое место в конкурсе компании Intel и РОСНАНО "Максимальная масштабируемость".

ИБРАЭ РАН

Разработан новый класс алгоритмов высокой точности для решения задач газовой динамики и аэроакустики в эйлеровых переменных. Эти алгоритмы основаны на оригинальной конечно-разностной схеме Кабаре второго порядка аппроксимации. Показано, что методы второго порядка аппроксимации на основе метода Кабаре позволяют получать решения в рамках допустимой точности на грубых сетках для широкого класса задач, включающих перенос малых акустических возмущений, перенос вихревых возмущений, взаимодействие вихрей и ударных волн и рассеяние акустических волн на вихрях. В рамках нового метода Кабаре разработаны эффективные алгоритмы консервативной коррекции, позволяющие исключить нефизические осцилляции в решении на основе прямого использования принципа максимума. Показано, что новые алгоритмы эффективны как при переносе коротковолновых возмущений на большие расстояния, так и ударных волн. Эффективность новых методов продемонстрирована как при сравнении со стандартными методами "высокого разрешения" типа ТВД/ТВБ, так и при сравнении с неконсервативными малодисперсионными и малодиссипативными схемами.

**

С использованием метода Кабаре для решения полных уравнений Эйлера проведен сквозной расчёт рассеяния волны от точечного источника на вихре Ранкина для резонансного случая. Впервые получено численное подтверждение применимости линейной модели для описания резонансного рассеянья акустических волн на вихре Ранкина.

СПб ГПУ

Разработана и протестирована вычислительная система для расчета спектральных и интегральных параметров шума выхлопных турбулентных струй авиационных двигателей. Система базируется на моделировании турбулентности в рамках метода моделирования крупных вихрей (LES) в сочетании с неявной конечно-объемной схемой 4-го порядка, реализованной на многоблочных структурных сетках в произвольных криволинейных координатах. Для расчета шума в дальнем поле используется интегральный метод Фокса Уильямса и Хокингса (FWH). Благодаря ряду оригинальных элементов (двустадийный RANS/LES подход к расчету струй из сложных сопел, эффективный алгоритм автоматической локальной активации ограничителей при расчете течений с ударными волнами, рациональная замена основных переменных в методе FWH и др.), с помощью разработанной системы на сравнительно грубых сетках (3-10 миллионов узлов) удается получать результаты, существенно превосходящие по точности аналогичные результаты зарубежных исследовательских групп, полученные на сетках в несколько десятков и даже сотни миллионов узлов. Совокупность полученных результатов показывает, что построенная система представляет собой достаточно надежный инструмент предсказания шума выхлопных струй, который может быть использован для решения практических задач авиационной аэроакустики и, в частности, для оперативной оптимизации параметров новых конструкций, предлагаемых для снижения шума авиационных двигателей.

ОАО "Авиадвигатель", ФГУП "ЦАГИ", ФГУП "ЦИАМ"

Разработаны, внедрены в серийное производство и в эксплуатацию системы шумоглушения на основе двухслойных звукопоглощающих конструкций (ЗПК) для семейства авиационных газотурбинных двигателей ПС-90А. Проведенная работа позволила самолетам семейств Ил-96-300, Ил 96-400, Ту-204 обеспечить требования Главы 4 Стандарта ИКАО по шуму на местности.

ОАО "Туполев"

В ЦКБ был проведен цикл работ по оценке ожидаемого структурного шума в гермокабине нового поколения самолетов с двигателями сверхбольшой степени двухконтурности (8…12) от вибрационного воздействия силовой установки. Показано, что спектр вибрационного воздействия двигателей существенно расширился со сдвигом в низкочастотную часть спектра, включая инфразвук (для редукторных двигателей), что вызвано существенным снижением скорости вала вентилятора.

**

Построена акустическая модель многосвязной системы "двигатель-крепление-планер" с использованием импедансных частотных характеристик (динамических податливостей) корпуса двигателя и конструкции планера самолета в местах опорных связей и комплекс частотных передаточных функций акустической проводимости конструкции самолета от мест крепления двигателей (точек воздействия) до мест контроля шума (кабины экипажа и пассажирских салонов). Из результатов работы следует необходимость пересмотра нормируемого спектра шума, особенно для кабины экипажа, с учетом Санитарных норм для условий выполнения различных видов работ.

ОАО "ОКБ Сухого"

Решена проблема акустического воздействия неоднородного и нестационарного потока внутри открытых отсеков современных самолетов на полезный груз и конструкцию самого отсека на дозвуковых, трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях полета. Экспериментальные модельные исследования проводились в аэродинамических трубах ЦНИИМаш и ЦАГИ. Результаты модельных испытаний в виде суммарных среднеквадратических уровней и спектральных плотностей пульсаций давления пересчитывались для натурных условий, и затем сопоставлялись с уникальными данными, полученными в летных испытаниях самолета с полномасштабным отсеком. Для поиска оптимального решения проблемы использовалось численное моделирование на основе решения Навье-Стокса, Рейнольдса с различными моделями турбулентности, проведенное совместно с ИПМ РАН и ИММ РАН с помощью методов LES и DES.