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1、第5期李中正等：不同媒介中的参量阵近场声场研究5不同媒介中的参量阵近场声场研究李中政1,2,3，方尔正1,2(1.哈尔滨工程大学水声技术重点实验室，黑龙江哈尔滨150001；2.哈尔滨工程大学水声工程学院，黑龙江哈尔滨150001；3.海军92198部队，辽宁兴城125100)摘要：在众多描述非线性声波传播的理论模型中，KZK方程能够准确地描述有限振幅声波传播的衍射、吸收及非线性效应，对求解参量阵近场声场有着明显的优势，因而成为描述非线性声场最为精确的方程之一。从KZK方程的频域求解出发，利用二阶对角隐式龙哥库塔法(second-orderDiagonal
2、ImplicitRunge-Kutta,DIRK2)和Crank-Nicolson有限差分法(Crank-NicolsonFiniteDifference,CNFD)相结合的有限差分算法，对在不同媒介中传播的参量阵近场声场特性进行研究，旨在对参量阵能量累积过程有进一步的理解，为参量阵转换效率的提高提供初步的探索，为参量阵的进一步工程应用提供相应的理论指导。关键词：参量阵；近场声场；KZK方程；传播媒介中图分类号：TB551文献标识码：AResearchontheparametricarray’snear-fieldacousticcharacteristi
3、csindifferentmediumsLIZhong-zheng1,2,3,FANGEr-zheng1,2(1.AcousticScienceandTechnologyLaboratory,EngineeringUniversity,Harbin150001,Heilongjiang,China;2.CollegeofUnderwaterAcousticsEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,Heilongjiang,China;3.Unit92198ofNaval,Xingcheng1
4、25100,Liaoning,China)Abstract:Innumeroustheoreticalmodelsofdescribingthenonlinearacousticwavepropagation,theKZKequationcanaccuratelydescribediffraction,absorptionandthenonlinearpropagationeffectsoffiniteamplitudesoundbeam,thusbecomesoneofthemostaccurateequationdescribingnonlinearu
5、ltrasonicfield.Inthispaper,basedonthefrequencydomainsolutionoftheKZKequation,usingsecond-orderDiagonalImplicitRunge-Kutta(DIRK2)methodandtheCrank-NicolsonFiniteDifference(CNFD)methodoffinitedifferencealgorithm,thenear-fieldacousticcharacteristicsoftheparametricarrayindifferentprop
6、agationmediumsarestudied,theresultsofthispapermayprovidethecorrespondingtheoreticalbasisforfurtherengineeringapplication.Keywords:theparametricarray;acousticcharacteristicsofthenear-field;KZKequation;propagationmedium.第5期李中正等：不同媒介中的参量阵近场声场研究50引言参量阵具有低频、宽带、高指向性及低旁瓣的优点，广泛应用于鱼群探测、掩埋水
7、雷探测、海底环境监测、水下通信等水声工程领域[1-3]收稿日期:2015-07-20;修回日期:2015-10-10基金项目:基于某平台的参量阵技术研究(9140c20010613c20078);国家自然科学基金青年科学基金资助项目(11204050)作者简介:李中政(1984－),男,山西平遥人,博士研究生,研究方向为非线性声学。通讯作者:方尔正,E-mail:fangerzheng@hrbeu.edu.cn。与此同时，参量阵的转换效率很低，严重限制了参量阵的进一步工程应用。观察描述参量阵的Westervelt理论模型可知，参量阵的功率转换效率与传播媒介
8、的密度、声波传播速度、非线性参量以及声吸收系数息息相关[2]。恰当
