ОТ друга, чтобы решетка была акустически прозрачной. Тогда

между решеткой и градуируемым возникать стоячие волны, а непосредственная близость решетки к преобразователю не будет оказывать влияния на его импеданс излучения. Однако, чтобы решетку можно было уподобить однородному плоскому источнику звука, расстояния между составляющими ее элементами не должны превышать 0,8А,. Решетка не согласуется строго с принципом Гюйгенса, поскольку излучение происходит в двух противоположных направлениях. Принцип Гюйгенса связывает с каждым элементарным источником функцию направленности (l-bcosp), т. е. точно такую же функцию, какая используется в уравнении (4.4). Такую направленность можно реализовать в преобразователе, но практические трудности создания однонаправленной решетки перевешивают ее преимущества.

Градуируемый преобразователь можно установить на очень близком расстоянии от такой решетки, как показано на рис. 4.10. Решетка имитирует падающую плоскую бегущую волну. Обычные измерения с непрерывными или импульсными сигналами в таком случае могут производиться при сколь угодно близких расстояниях между решеткой излучателей и градуируемыми гидрофонами. Как и в методе DRL, электроакустическая система в целом линейна, пассивна и взаимна, и поэтому направление распространения сигнала можно изменять на противоположное, что не приводит к противоречию ни с теорией, ни с данными изме-

преобразователем не будут

РвшЕгта

Градуируемый преабравоватет

Рис. 4.10. Имитация плоской бегущей волны решеткой точечных источников.

рений. Таким образом, градуируемый преобразователь можно использовать для излучения акустического сигнала, а решетку - для его приема.

Вернемся теперь к вопросу о том, как велика должна быть решетка, чтобы имитировать воздействие на градуируемый преобразователь источника бесконечных размеров. В случае, если размеры гидрофона невелики, т. е. если его можно считать точечным, ответ на поставленный вопрос можно найти у многих авторов.

Когда нужно объяснить эффект в точке, находящейся на расстоянии,. Хо перед рассматриваемой (Плоскостью, то из реле-евской интерпретации [12] принципа Гюйгенса получаем, что поле бесконечно протяженной плоской волны можно заменить полем, излучаемым первой полуволновой зоной Френеля (яХХо) с амплитудой, уменьшенной в 1/я раз.

Штенцель [13] показал, что давление на оси круглого поршневого излучателя определяется выражением

р=рсие-"-рсие~ (4.10)

где рс - волновое сопротивление среды, и - колебательная скорость источника, Го - радиус поршня и х - расстояние по оси. Первый член, стоящий в правой части выражения (4.10),представляет собой давление в бесконечной плоской волне с амплитудой колебательной скорости и. Второй член характеризует сигнал, который как бы излучается краями поршня и суммируется с плоской волной, приводя к интерференции ближнего поля в осевом направлении. Если бы краевую дифракцию, или второй член, можно было свести на нет путем наложения противофазного кольцевого источника на край поршня, давление в осевом направлении в ближнем поле распределялось бы однородно. Тогда точечный гидрофон, установленный на оси излучателя, подвергался бы воздействию только плоской волны.

Однородное распределение звукового давления на оси в ближнем поле легко получается и для двух других форм излучателей. Фон Хазельберг и Крауткрэмер [14] показали, что плоский круглый излучатель с радиальным распределением амплитуд колебаний или распределением по функции Гаусса е" создает постоянное давление на оси в ближнем поле. В диаграмме направленности дальнего поля такого излучателя отсутствуют боковые лепестки. Фон Хазельберг и Крауткрэмер указывают, что требования отсутствия в диаграмме направленности боковых лепестков и отсутствия осцилляции в ближнем поле, по-видимому, одно и то же. Весь имеющийся опыт подтверждает взаимосвязь между осцилляциями в ближнем поле и характеристиками направленности в дальнем поле. Это и исполь-

зовал Тротт при разработке своей решетки. В частности, данное положение позволяет представить линейную группу излучателей с биномиальными коэффициентами спадания интенсивности как излучатель с ближним полем, в котором краевые волны сведены к минимуму.

Из теории радиоантенн [15] известно, что линейная группа из п точечных излучателей, отстоящих друг от друга на расстояние к/2, с интенсивностью, пропорциональной биномиальным коэффициентам разложения (а-Ьб)"-, имеет диаграмму направленности без боковых лепестков, лежащую в плоскости этой линейной группы. Отсюда следует, что давление в ближнем поле в направлении оси такой группы излучателей не будет осциллировать. Конечно, линейная группа излучателей будет давать двумерное расхождение звуковой энергии даже в ближнем поле. Давление вдоль оси этой группы излучателей не будет постоянным, а будет убывать по цилиндрическому закону, т. е. обратно пропорционально корню квадратному из расстояния по оси. Чтобы получить постоянное поле, систему линейной группы излучателей с биномиальным распределением амплитуд нужно экстраполировать на случай плоского излучателя. В отличие от непрерывного и бесконечного излучателя Гаусса линейная группа с биномиальными коэффициентами распределения дискретна и конечна. Это создает предпосылки для конструирования реальной решетки, о котором пойдет речь в следующем разделе.

Вся приведенная здесь теория относится к рассмотрению давления в точке или на оси в ближнем поле. Создание однородного давления в ближнем поле в достаточно большом объеме для градуировки преобразователя гидроакустической станции составило суть конструкции решетки Тротта.

4.5. КОНСТРУКЦИЯ РЕШЕТКИ ТРОТТА

Конструктивно решетка Тротта [16, 17] представляет собой m линейных групп излучателей, каждая из которых в свою очередь состоит из точечных источников, разнесенных на равное расстояние друг от друга; интенсивность (или объемная колебательная скорость) последних пропорциональна биномиальным коэффициентам /г-й степени. Приведем простой пример, когда п = 2 и биномиальные коэффициенты для выражения (а + Ь) равны 1, 2, 1. Линейная группа из трех точечных излучателей, отстоящих друг от друга на половину длины волны, с интенсивностью, пропорциональной числам 1, 2, 1, будет создавать однородное, не подверженное осцилляциям звуковое давление на оси, и в диаграмме направленности этой группы не будет боковых лепестков.-Диаграмма направленности любой такой линейной