Study of the particularities of normal modes in shallow water waveguides with an absorbing bottom

Authors

UDC

534.2

DOI:

https://doi.org/10.31429/vestnik-19-4-83-90

Abstract

The article considers a model of an isovelocity hydroacoustic waveguide with an absorbing bottom. The dispersion relation is solved numerically, the wave numbers are calculated. In the case of a bottom with absorption, Snell's law is not applicable, therefore, to determine the mode critical frequencies, the radiation condition is used. The classification of modes in a waveguide with absorption is refined, according to which eigenmodes are divided into dissipative and trapped modes. For eigenmodes, the radiation condition is satisfied, but for dissipative modes, the grazing angle is greater than the critical grazing angle. The number of eigenmodes in the waveguide and their critical frequencies are calculated depending on the attenuation value in the half-space. It is shown that the number of eigenmodes in a waveguide with an absorbing bottom increases, while the critical mode frequency decreases. The observability of dissipative modes and the expediency of including them in the total wave field are discussed. It is concluded that the effect of reducing the critical mode frequency is important in calculations in a wide frequency band, since it makes it possible to adequately reproduce the head wave field.

Keywords:

hydroacoustic waveguide, normal modes, dispersion relation, seabed, wave numbers, critical frequency

Author Infos

Victor A. Lisyutin

канд. физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры физики Севастопольского государственного университета

e-mail: vlisiutin@mail.ru

Olga R. Lastovenko

канд. физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры высшей математики Севастопольского государственного университета

e-mail: Lastovenko2005@ramler.ru

References

  1. Katsnelson, B., Petnikov, V., Lynch, J., Fundamentals of shallow water acoustics. Springer, New York, Dordrecht, Heildelberg, London, 2012.
  2. Григорьев В.А., Луньков А.А., Петников В.Г. Затухание звука в мелководных акваториях с газонасыщенным дном. Акустический журнал, 2015, т. 61, № 1, с. 90–100. DOI 10.7868/S0320791915010025 [Grigor'ev, V.A., Lun'kov, A.A., Petnikov, V.G., Attenuation of sound in shallow-water areas with gas-saturated bottoms. Acoustical Physics, vol. 61, no. 1, pp. 85–95. DOI 10.1134/S1063771015010029]
  3. Григорьев, В.А., Кацнельсон, Б.Г., Lynch, J.F., Определение эффективных параметров дна мелкого моря по спектрам широкополосных сигналов в условиях гидродинамической изменчивости. Акустический журнал, 2016, т. 62, № 3, с. 330–340. DOI 10.786X/S0320791916030072 [Grigor'ev, V.A., Katsnel'son, B.G., Lynch, J.F., Determining the effective parameters of a Shallow-Water bottom from wideband signal spectra under conditions of hydrodynamic variability. Acoustical Physics, 2016, vol. 62, no. 3, pp. 339–349. DOI 10.786X/S0320791916030072]
  4. Пекерис, К., Теория распространения звука взрыва в мелкой воде. В Распространение звука в океане. Изд-во иностр. лит., Москва, 1951, с. 48–156. [Pekeris, C.L., Theory of propagation of explosive sound in shallow water. Geol. Soc. Am. Memoir, vol. 27. DOI 10.1130/MEM27-2-p1]
  5. Tolstoy, I., The Pekeris waveguide revisited. J. Acoust. Soc. Am, 2006, vol. 120, iss. 3, pp. 1183–1185. DOI 10.1121/1.2221536
  6. Buckingham, M.J., Giddens, E.M., On the acoustic field in a Pekeris waveguide with attenuation in the bottom half-space. J. Acoust. Soc. Am, 2006, vol. 119, iss. 1, pp. 123–147. DOI 10.1121/1.2141212
  7. Григорьев, В.А., Петников, В.Г., О возможности представления акустического поля в мелком море в виде суммы нормальных мод и квазимод. Акустический журнал, 2016, т. 62, № 6, с. 681–698. [Grigor'ev, V.A., Petnikov, V.G., On the possibility of representing an acoustic field in shallow water as the sum of normal modes and quasimodes. Acoustical Physics, 2016, vol. 62, no. 6, pp. 700–716. DOI 10.1134/S1063771016050031]
  8. Evans, R.B., Truncating the Pekeris problem. J. Acoust. Soc. Am, 2020, vol. 148, iss. 3, pp. 1507–1509. DOI 10.1121/10.0001961
  9. Бреховских, Л.М., Волны в слоистых средах. Наука, Москва, 1973. [Brekhovskikh, L.M., Waves in layered media. Academic Press, New York, 1960.]
  10. Лисютин, В.А., Ластовенко, О.Р., Оценка влияния внутреннего и вязкого трения на дисперсию и затухание звука в неконсолидированных морских осадках. Акустический журнал, 2020, т. 66, № 4, с. 420–436. DOI 10.31857/S0320791920040061 [Lisiyutin, V.A., Lastovenko, O.R., Assessing the influence of internal and viscous friction on dispersion and sound attenuation in unconsolidated marine sediments. Acoustical Physics. 2020, vol. 66, iss. 4, pp. 401–415. DOI 10.1134/S1063771020040065]
  11. Лисютин, В.А., Простая акустическая модель неконсолидированных морских осадков с внутренним и вязким трением. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2018, т. 15, № 3, с. 39–51. [Lisyutin, V.A., Ekologicheskiy vestnik nauchnykh tsentrov Chernomorskogo ekonomicheskogo sotrudnichestva = Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation, 2018, no. 3, pp. 39–51. (in Russian)] DOI 10.31429/vestnik-15-3-39-51
  12. Лисютин, В.А., Ластовенко, О.Р., Довгаленко, В.В., Лучин, В.Л., Петренко, Н.В., Метод симуляции импульсной характеристики горизонтально-слоистого гидроакустического волновода с жидким дном. Инженерный вестник Дона, 2020, № 1. [Lisyutin, V.A., Lastovenko, O.R., Dovgalenko, V.V., Luchin, V.L., Petrenko, N.V., Inzhenernyj vestnik Dona = Don Engineering Bulletin, 2020, № 1. (in Russian)] URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2020/6281

Downloads

Issue

2022. Vol. 19. No. 4

Section

Mechanics

Pages

83-90

Submitted

2022-10-04

Published

2022-11-30

How to Cite

Lisyutin V.A., Lastovenko O.R. Study of the particularities of normal modes in shallow water waveguides with an absorbing bottom. Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation, 2022, vol. 19, no. 4, pp. 83-90. DOI: https://doi.org/10.31429/vestnik-19-4-83-90 (In Russian)

Copyright (c) 2022 Lisyutin V.A., Lastovenko O.R.

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.