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파라메트릭 어레이 음원의 전기적 빔 조향 현상 예측을 위한 수치 해석 기법 연구
빈경훈,엄원석,문원규,Been, Kyounghun,Ohm, Won-Suk,Moon, Wonkyu 한국음향학회 2019 韓國音響學會誌 Vol.38 No.5
파라메트릭 어레이란 매질의 비선형성을 이용하여 작은 크기의 방사판에서 고지향성 저주파음을 발생시키는 현상을 말한다. 이러한 파라메트릭 어레이의 유용성을 높이기 위해 저주파 음향 빔 조향 연구가 진행 되고 있으며, PD(Product Directivity) 모델을 이용하여 빔 조향 현상이 간편하게 예측되고 있다. 그러나 PD 모델은 준선형 조건에서 가우시안 음원만 적용이 가능하며, 저주파 음향 빔 폭의 예측 정확성이 떨어진다. 본 논문에서는 PD 모델의 한계를 극복할 수 있는 파라메트릭 어레이의 빔 조향 특성 예측 방법에 대해 연구하였다. 이를 위해 파라메트릭 어레이 현상 예측에 널리 사용되는 KZK(Khokhlov-Zabolotskaya-Kuzentsov) 방정식의 수치 해석 알고리즘을 개선하였다. 그리고 전기적 조향 조건을 적용하여 빔 조향 특성을 계산, 실험 결과와 비교 하였다. 그 결과 개선된 알고리즘을 이용하면 준선형 조건에 해당되지 않는 파라메트릭 어레이 음원에서도 저주파 빔 조향 특성 예측이 가능함을 확인하였다. The parametric array phenomenon refers to the generation of a high directivity low frequency wave from a small size radiation plate using the nonlinearity of the medium. In order to improve the usability of parametric array, the beam steering method of low frequency wave is researched, and the beam steering phenomenon is predicted easily using the PD (product directivity) model. However, the PD model can only be applied to Gaussian sources under quasi-linear conditions. Also, the prediction accuracy of low frequency wave beam width is poor. In this paper, a method for predicting the beam steering characteristics of a parametric array that can overcome the limitation of the PD model is investigated. For this purpose, the numerical analysis algorithm of the KZK (Khokhlov-Zabolotskaya-Kuzentsov) equation widely used for parametric array phenomenon prediction is improved. Thus, the beam steering characteristics are calculated by applying the electrical beam steering condition and comparing experimental results. As a result, the numerical analysis using the modified KZK equation algorithm in this study confirms that the beam steering phenomenon can be predicted even in a parametric array source that does not correspond to the quasi-linear condition.
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능동 소나 배열의 개념 설계를 위한 반복법 기반 배열 해석
노응휘(Eunghwy Noh),천원종(Wonjong Chun),엄원석(Won-Suk Ohm),빈경훈(Kyounghun Been),문원규(Wonkyu Moon),장우석(Woosuk Chang),윤홍우(Hongwoo Yoon) 한국소음진동공학회 2017 한국소음진동공학회 논문집 Vol.27 No.2
The array equations are commonly used for analysis and conceptual design of active sonar projector arrays. Calculation of the radiation impedance matrix poses a major computational bottleneck for the solution of the array equations, which leads to a dramatic increase in computational load as the number of constituent transducers increases. Here, we propose an iteration-based solution method that does not require the calculation of the radiation impedance matrix, as a computationally efficient alternative to the status quo. The validity of the iteration-based analysis is judged against the full finite-element analysis that includes the entire array as well as the medium. The array equations for the 1/3-sector of a cylindrical array comprised of 48 Tonpilz transducers are augmented by the lumped element models, and are solved iteratively for the acoustic and electro-mechanical characteristics. The iteration-based analysis exhibits rapid convergence and accuracy comparable with the FE analysis. Simulations also reveal that the acoustic coupling between transducers has more pronounced effects on the electro-mechanical characteristics of individual transducers than the acoustic performance of the array.
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