Experimentelle Untersuchungen zur Fokussierung sphärischer Stoßwellen in Wasser durch tiefe ellipsoide Reflektoren

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Abstract:

A spherical shock wave generated in the prime focal point of a deep ellipsoid segment is focussed in the second focal point after having been reflected at the ellipsoidal reflector surface. Shadowgraphs allow the convergence process to be qualitatively evaluated, whereas high-resolution probes are used to determine the sound pressure field. The variation of the reflector size and of the generated energy demonstrates the influence of these parameters on the focussing behaviour and on the point of maximum pressure which may strongly deviate from the geometric focus. Due to non-linear propagation effects and because of the long path lengths to be travelled up to the focus, the focal zone is extended. This is why this type of deep reflector does not allow maximum pressure amplitudes of 500 bar to be exceeded, despite the fact that, in comparison with flat reflectors, far better use is made of the spherical shock wave. In contrast to this, the effect on material placed into the focal zone is more intensive due to the enlargement of this zone.

Zusammenfassung

Eine im ersten Brennpunkt eines tiefen Ellipsoidsegments erzeugte sphärische Stoßwelle wird nach Reflexion an der ellipsoiden Reflektoroberfläche im zweiten Brennpunkt fokussiert. Schattenaufnahmen ermöglichen die qualitative Beurteilung des Konvergenzprozesses, während die Ermittlung des Druckfeldes durch hochauflösende Drucksonden erfolgt. Die Variation der Reflektorgröße sowie der Erzeugungsenergie zeigt den Einfluß dieser Parameter auf das Fokussierungsverhalten und den Ort höchsten Druckes, der erheblich vom geometrischen Fokus abweichen kann. Bedingt durch nichtlineare Ausbreitungseffekte ergibt sich zudem auf den langen Wegen bis zum Fokus eine Verbreiterung des Fokalraums. Daher werden bei diesen tiefen Reflektoren, trotz der wesentlich besseren Ausnutzung der sphärischen Stoßwelle gegenüber flachen Reflektoren bei sonst gleichen Erzeugungsenergien, nur maximale Druckamplituden von 500 bar erreicht. Die Wirkung auf eingebrachte Materialien zeigt sich dagegen bei dieser flächigeren Belastung intensiver.

Sommaire

On déclenche une onde de choc sphérique centrée sur le premier foyer d'un réflecteur ellipsoïdal constitué d'un segment profond d'ellipsoïde de révolution et on étudie la focalisation au second foyer. Le processus de convergence a été suivi qualitativement par ombrographie tandis que la pression acoustique était relevée au moyen de sondes à haute résolution. On a mis en évidence l'influence de la dimension du réflecteur et de l'énergie d'émission de l'onde en faisant varier ces deux paramètres et en observant les effets sur le comportement de la focalisation et sur l'emplacement du maximum de pression, qui peut parfois s'écarter notablement du foyer géométrique. Des effets propagatifs non linéaires rendent compte d'un élargissement de la zone focale du fait de la longueur du trajet jusqu'au second foyer. C'est l'une des raisons pour lesquelles ce type de réflecteurs profonds ne permet pas de dépasser l'amplitude maximale de 500 bar en dépit du fait qu'ils utilisent l'énergie de l'onde mieux que les réflecteurs plans ou quasi-plans. Par contre l'irradiation des matériaux placés dans la zone de focalisation a pu être rendue plus intense du fait précisement d'un élargissement de cette zone.

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 1988

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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