Ограниченные акустические пучки и теория дифракции

Ограниченные пучки - особые волновые объекты, локализованные в пространстве. Классическим примером являются гауссовские пучки, зависимость амплитуды которых в поперечном направлении описывается гауссовской функцией. Наибольшую практическую значимость имеют узконаправленные пучки с малой угловой расходимостью, способные переносить энергию на большие расстояния.

Интерес к пучкам связан с несколькими факторами. Во-первых, все реальные излучатели имеют конечную апертуру и нужно уметь описывать структуру излучаемых полей. Во-вторых, в общетеоретическом плане, ограниченность пучка приводит в существенному отличию свойств пучков по сравнению с плоскими волнами. Например, можно провести определенную аналогию между ограниченным пучком и волноводом. Соответственно, пучки обладают дисперсией, что позволяет управлять параметрами пучка, выбирая начальный временной профиль. Наконец, самое важное свойство пучков - это возможность концентрации энергии в малой области за счет фокусировки и возможность передачи энергии на большие расстояния.

Более общей задачей является исследование волн с пространственной модуляцией волнового фронта и поперечной формы пучка и оптимизация их параметров для наибольшей концентрации энергии. Другой задачей является исследование условий квазиволноводного распространения пучков на большие расстояния.

Основное внимание в настоящее время уделяется исследованию мощных акустических пучков, эволюция которых определяется также и нелинейными эффектами. При распространении сильно нелинейных волн - пилообразных - возникают новые эффекты, например, нелинейная рефракция, обусловленная зависимостью скорости ударного фронта от амплитуды.

Примерные направления исследований:

• акустические пучки со специальной пространственно-временной модуляцией;
• нелинейные явления в мощных акустических пучках;
• нелинейная рефракция пучков разрывных волн;
• развитие аналитических методов теории дифракции для описания пучков и построение решений;
• Фокусировка, пространственная локализация и другие специальные случаи распространения ограниченных пучков;
• акустические пучки в неоднородных средах.

Во всех задачах предполагается как построение аналитических решений, так и численное мделирование.

Основные публикации по данному направлению:

• Гусев В.А. Прохождение широкополосных звуковых ударов через случайный фазовый экран // Известия РАН, Серия Физическая, 2002. Т. 66, ?12, с. 1742-1746. (PDF file)
• Гусев В.А. Саморефракция сфокусированных звуковых пучков пилообразных волн (аналитические решения) // Ежегодник РАО. Акустика неоднородных сред. Москва. 2007. Выпуск 8. С. 103-112. (PDF file)
• Gusev V.A., Zhostkow R.A.. Analytical solutions for diffraction problem of nonlinear acoustic wave beam in the stratified atmosphere // Proceedings of the International Conference 'Days on Diffraction' 2011', Saint Petersburg, May 30 - June 3, 2011. Pp.77-80. (PDF file)
• Гусев В.А., Преснов Д.А. Трансформация интенсивных пространственно-модулированных акустических сигналов в вязких неоднородных средах // Сборник трудов Научной конференции 'Сессия Научного совета РАН по акустике и XXIV сессия Российского акустического общества. Т 1. М.: ГЕОС, 2011. С. 161-165. (PDF file)
• Gusev V.A. Theory of selfrefraction effect of intensive focused acoustical beams // Proceedings of the International Conference 'Days on Diffraction' 2012', Saint Petersburg, May 28 - June 1, 2012. Pp.111-115. (PDF file)

ї2012 Кафедра Акустики