В высокорейтинговом журнале The Journal of the Acoustical Society of America (SJR Q1, IF 2.1) вышла статья «Fully nonlinear three-dimensional modeling of parametric interactions in the field of a dual-frequency acoustic array» по результатам наших совместных исследований с РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

При распространении в нелинейной среде двух интенсивных высокочастотных волн с близкими частотами генерируется множество высших гармоник и суммарных частот, но только волна разностной (наименьшей) частоты (ВРЧ) распространяется на достаточном удалении от излучателя, поскольку высокочастотные волны быстро затухают.

Поэтому генерация ВРЧ (принятый термин - параметрическая генерация) активно используется в различных сферах:

• узконаправленное слышимое излучение в воздухе (бесконтактные аудиогиды в библиотеках и музеях, системы активного шумоподавления);
• узконаправленный сигнал, распространяющийся на большие дистанции в воде (изучение дна и изучение океана на длинных трассах);
• медицинские приложения (ультразвуковая визуализация на разностной частоте, контрастная визуализация упругости материалов) и т.д.

Однако моделирование параметрических процессов требует огромных компьютерных затрат с точки зрения времени вычислений и требуемой памяти, поэтому существующие алгоритмы решают квазилинейные задачи и/или в 2D (и даже 1D) постановке.

В нашей статье разработан новый численный алгоритм c частотной фильтрацией, позволяющий решать 3D параметрические задачи для излучателей произвольной формы в режимах сильного проявления нелинейных эффектов. С использованием нового алгоритма исследованы особенности параметрической генерации ВРЧ.

В результате показано, что:

• квазилинейное описание неприемлемо при больших давлениях на излучателе (количественно неверно описывается амплитуда давления и расходимость волны разностной частоты);
• эффективность генерации ВРЧ растет с увеличением исходной мощности волн накачки;
• но это сопровождается дополнительным уширением пучка ВРЧ.

Таким образом, численное 3D нелинейное моделирование служит инструментом для определения оптимальных режимов излучения накачки с целью увеличения выходной мощности ВРЧ при сохранении желаемой направленности.

Подробности - в тексте статьи.