Способ возбуждения упругого импульса в воде Советский патент 1981 года по МПК G01V1/02 

(54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ УПРУГОГО ИМПУЛЬСА В ВОДЕ

1

Изобретение относится к акустике, а именно к области возбуждения импульса давления в водной толще пневмоизлучателем, и может быть использован при сейсмических исследованиях на море.

Акустический КПД используеглых в настоящее время одиночных пневмоизлучателей, оцениваемый по первому импульсу давления (фазе сжатия) в волновой зоне, относительно низок (2-4%).Для увеличения глубинности сейсмических исследований необходимо увеличивать излучаемую акустическую энергию, повышать КПД пневмоизлучателя, а пиковое давление в газовых пузырях уменьшать с целью снижения отрицательного воздействия

на ихтиофауну.

Известен способ увеличения излучаемой энергии пневматическим генератором и устройство, состоящий в линейном группировании двух или больше камер давления, выполненных внутри длинного цилиндра с последовательным их срабатыванием без изменения знака импульса и формированием итогового газового пузыря в форме цилиндра, что усиливает первый импульс давления и обеспечивает гашение пульсаций газового пузыря. Таким образетл, в данном способе усиление первого импульса основано на суммировацин с некоторыми временными задержками сигналов от нескольких пневмоизлучателей, располагающихся вдоль некоторой линии fl. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

10 -способ возбуждения упругого импульса в виде источника сигнала, размещенного в предварительно сформированной газовой полости с давлением газа в ней, близким к гидростатическому на глубине погружения источника 2.

В известнотл способе в качестве источника используют взрывы ВВ в

20 корпусе с газом. Корпус выполнен в виде полуЪферы с открытым дном, через которое высвобожденная при взрыве энергия отражается вниз.Способ позволяет увеличить акустическую энергию в излучаемом импульсе. Однако и в этом случае значительная доля энергии расходуется непроизводительно. Кроме того, известный способ трудоенок в обраще30 НИИ,

и.ель изобретения - увеличение акустической энергии в излучаемом импульсе и снижение отрицательного воздействия на ихтиофауну.

Поставленная цель достигается тем, что возбуждение сигнала осуществляют путем пропускания сжатого воздуха от пневмоизлучателя через полость, которую бормируют в месте выпускных отверстий пневмоизлучателя, при этом объем предварительно сформированной полости выбирают в диапазоне от о;1ной трет до двух объемов расходной камеры пневмоизлу.чателя.

Кроме того, полость формируют в виде диска или тороида,

В качестве полости применяют кавитационную полость в воде или полость, сформированную за счет истечения части воздуха от источника сжатого воздуха или из расходной кмеры пневмоизлучателя.

. Согласно предлагаемому способу осуществляется следующая последовательность операций.

До выхлопа воздуха из расходной камеры пневмоизлучателя в воде, в месте выпускных отверстий формируется газовая (заполненная воздухом или парами воды) полость оптимального объема (Vj ) с давлением газа в ней, близким к гидростатическому на глубине погружения пневмоизлучателя. Выхлоп сжатого воздуха из камеры давления пневмоизлучателя выполняется в предварительно сформированную газовую полость.При этом акустической энергии излучается всегда больше, чем при отсутствии указанной полости, а пиковое давление газа в пузыре всегда ниже, чем без полости.

Это можно видеть из следующего приближенного расчета. Для сферического источника избыточное давление (PUJP ) в точке наблюдения, располагакиДейся в волновой зоне, пропорционально в каждый момент времени в первом приближении произведению избыточного давления в газовой полости {РП) на радиус этой полости (Rf,) и обратно пропорционально расстоянию между центром полости и точкой наблюдения (г):

R П Fn

(1)

ft

и-ье

Дйя начального этапа расширения М(жно принять ,

% (2) где Кц - начальный радиус полости.

Давление газа внутри полости при этом равно для изотермического процесса

РК- як

VK

- р 1Ж - ГТ ) - RJ + Rj Р

радиу: Сч1еры, равшп; по объему расходно ; камере давления пневмоизлучателя; давление сжатого газа в камере пневмоизлучателя перед его срабатыванием; показатель адиабаты. сть импульса сжатия (Х) приближении равна RH

(s;

V

а излучаег ая акустическая энергия (Eq) равна

а(б)

Ягде р - плотность окружающей источник воды;

0 скорость звука в воде.

По;южим, что радиус предварительно сформированный газовой полости (R,) близок к нулю. Найдем текущее значение радиуса пузыря (Rfl;,

при котором избыточное давление

ЪК ) достигает в точке наблюдения своего максимума при перетекании газа из камеры пневмоизлучателя в газовую полость в воде и дальнейшем

ее расширении. Для этого подставляя (3) и (4) (где R заменяем R) в (1), дифференцируя по Rp и приравнивая производную нулю, получим при изотермическом расширении

R М

(7)

при адиабатическом расширении

RK

(8)

R

V3,,

При этом пиковое давление газа в пузыре, как следует из (3) и (4), на начальном этапе расширения оказывается близким к давлению газа в камере f , а длительность импульса давления малой за счет малого R( и высокого Pf,. Допустим, далее, что предварительно сформирована газовая

полость в воде радиусом

RK

(9)

ир

ля изотермического расширения и

,11

(10)

Ир

V3.-.

для адиабатического. Как и в первом случае, газ перетекает из камеры

давления в газовую полость, и последняя расширяется в воде. Избыточное давление (РИ. этом случае достигает своего максимума при радиусе пузыря, равного радиусу предварительно сформированной полости, а по