水介质非线性声学效应影响因素研究

The development of underwater acoustics is of great significance for the national production and national defense construction. So the research on the nonlinear problems in the underwater acoustic field is getting more and more attention. And almost all the important research results in the field of nonlinear acoustics focus on a core issue, that is, the effective utilise of nonlinear effects in the complex medium. However, there are still no coherent research results about the sensitive factors which influence the nonlinear effects strength. Taking full advantage of nonlinear effects in the field of underwater acoustics, this project studies the sensitive factors which influence the nonlinear effects strength, and obtains the methods to enhance the nonlinear effects, then clearly identifies and masters the acoustic frequency and energy conversion law under the conditions of the finite amplitude acoustic propagations and various interactions between them. Finally, through the laboratory experiments researches, the experimental results are compared with the theoretical analysis carefully. Then the relationship between the nonlinear effects strength and the acoustic frequency and energy conversion effects is further identified clearly. As the same time, the acoustic energy conversion effects are evaluated under different acoustic and medium parameters.

水声学的发展对于国家国民生产及军事国防建设具有重要的意义，研究水下声场中的非线性问题得到越来越多的重视和关注，诸多重大研究成果均围绕一个核心问题，那就是对介质中非线性声学效应的有效利用，但目前对于影响水介质非线性声学效应强弱的敏感因素仍没有统一性的研究结果。本项目以在水声领域中更为充分而有效利用非线性声学效应为出发点，研究影响水介质非线性声学效应强弱的敏感因素，获得增强非线性效应的手段和方法，掌握有限振幅声波传播及多种互作用条件下的声波频率及能量转换规律，通过实验室实验研究，将实验测量结果与理论分析结果进行比对，明确非线性效应强弱与声波频率及能量转换效果之间的关系，并对不同声波及介质参数下的转换效果进行评价。

水声学的发展对于国家国民生产及军事国防建设具有重要的意义，研究水下声场中的非线性问题得到越来越多的重视和关注，诸多重大研究成果均围绕一个核心问题，那就是对介质中非线性声学效应的有效利用。目前对众多参数与非线性效应之间的敏感性研究仍然处于起步阶段，一般将各个因素单独考虑，欠缺统一性的讨论和分析，因而研究结果较为孤立和单一。由于对敏感因素的认识不足，更加无法系统地获得可增强水介质非线性声学效应的手段和方法，且无法对实验中观察到的非线性现象与介质非线性参数的大小之间建立联系，更无法获取具有可重复性较高的实验结果。本项目的研究主要集中在影响水介质非线性声学效应强弱的敏感因素研究以及声波在非线性介质中的声传播特性及规律研究。非线性参数作为描述介质非线性效应强弱的重要表征参量，与密度、温度、压力、声速、粘滞系数、不均匀性、气泡浓度和分布等参数及其变化量之间具有复杂的联系。此外，非线性效应的存在必然破坏声场互易性原则，需要明确和掌握声波在非线性介质中的声传播特性及规律，研究声能量转换效率与非线性效应强弱之间的关系，并进一步通过非线性声波相互作用效果对水介质非线性声学效应影响因素及增强方法的研究结果进行评价。本项目以在水声领域中更为充分而有效利用非线性声学效应为出发点，开展影响水介质非线性声学效应的敏感因素研究，获取了其敏感性分析结果，有针对性的研究了增强非线性声学效应的方法，阐释了实验中观察到的非线性现象与介质非线性参数的大小之间的关系，为非线性声学效应的有效利用奠定了初步的理论基础。在获取非线性效应敏感因素和增强方法的基础上，重点开展了有限振幅声波非线性传播特性研究、有限振幅波非线性相互作用规律研究、三波耦合非线性相互作用规律研究等方面的研究工作，着重探讨了强非线性效应下的声波频率及能量的转换规律，初步建立和明确了非线性效应强弱与转换效率之间的关系。开展非线性声学效应敏感因素及增强方法实验研究，声波频率及能量转换规律验证性实验研究以及非线性声学参量测量方法实验研究等，对理论分析结果进行验证和进一步修正。以上研究成果可促进水声学领域相关非线性声学技术的发展，对于国家国民生产和军事国防建设具有重要的意义。经过一定的转化，可被应用于深海水文测量、海底地质调查、声纳技术等多个方面。