Общая гидроакустика - Рожин Ф.В.
Скачать (прямая ссылка):
Как уже было показано, время пробега по элементу дуги равно dt^dS/ССД) . Из рис.1Х.9 следует, что diS~R<*0 тогда
і но так как «
87 -
- 88 -
то время пробега одного полуцикла (горба): 1 (_СиЫ6 _ ± die g^l?.
Пределы интегрирования очевидны из рис.IX. 10. Интегрирование дает
(9.18)
Пусть градиент скорости звука выше и ниже оси канала одинаков, тогда время пробега на горизонтальное расстояние эс можно определить составив пропорцию (рисДХ.9) : если для прохождения расстояния ИИ / необходимо время Ч: , даваемое формулой (9.18). то для прохождения расстояния X нужно будет время T ( 6 ь X ), т.е. ИИ'/* ш + /Т . Из рис IX.9 следует ИИ/ о 2R,S.h90 ; поэтому
(0•3O^ 2RSmGo * (9Л9)
Со _L
Или, зная, что « —, и подставляя т из (9.18), будем иметь *
где Со - скорость звука на уровне источника И. Обозначив ~L * T ( 0,? ) и 1/2 сі^о^^уч^і^^і^ получим сокращенное выраже^
Т(9,х)=Т(о,х)тп. .
(9.20)
При Э0-* 0 в пределе Vn-* I, так как ?n (UtG0V t $«n0o-» Э0 , т.е. TTV =1 при 0 =0. Аналогично можно показать, что vn<I при \90\ > 0.
Следовательно, волны, выходящие из источника горизонтально, достигнут точки приема последними. В точку приема волны придут тем выстрее, чем больше угол выхода луча из источника. Это свя-
- 89 -
эано с тем, что лучи, вышедшие из источника под некоторым углом к горизонту, распространяются в области, где скорость звука превышает скорость звука на оси канала. Этот эффект четко проявляется при распространении импульсных сигналов в канале на большие расстояния. При распространении происходит растягивание сигнала во времени, причем передний фронт оказывается пологим, а задний характеризуется резким спаданием. Отраженные дном и поверхностью сигналы приходят после основного импульса и могут влиять на форму заднего фронта в зависимости от степени ослабления при отражениях.
Мы рассмотрели наиболее простые случаи изменеїшя скорости звука с глубиной, но в природе такие ситуации редки. Обычно характер изменеїшя скорости более сложный и зависит как от времени года, так и от географического положения акватории.
Рассмотрим более подробно три наиболее типичных варианта распределения скорости звука, характерных для наших широт в зимний и летний периоды.
1. В зимний период типичный ход изменения температуры с глубиной характеризуется следующим: на поверхности i: =» -20C (температура замерзания соленой воды), а на глубине она стремится к +40C На скорость звука в зимний период будет оказывать основное влияние (считая соленость постоянной): а) изменение температуры в верхних слоях; б) рост гидростатического давления с глубиной. Этот случай характеризуется увеличением скорости звука с глубиной, что соответствует приповерхностному звуковому каналу, дальность распространения будет значительной.
2. В летний период имеется верхний прогретый слой воды, далее температура резко падает (слой скачка) и переходит к почти постоянной величине. Соответственно скорость звука имеет приповерхностный изоскоростной слой, а далее она резко падает (в слое скачка). При дальнейшем росте глубины и гидростатического давления скорость постепенно будет возрастать, т.е. будет горизонт, на котором скорость, звука минимальна. Дальность распространения звука будет существенно зависеть от места расположения источника звука. При расположении его в изоскоростном слое (вблизи поверхности) звук будет распространяться достаточно далеко, но будет его существенное ослабление за счет ухода энергии вглубь на нижней границе изослоя. В случае размещения источника в слое скачка будет наблюдаться резкая отрицательная рефракция звука, дальность распространения ограничена. При расположении источника вблизи минимума скорости звука будет наблюдаться волноводное распространение
--90 -
(подводный звуковой канал).
3. Наиболее неприятный случай, соответствующий весне и начальному периоду лета, когда температура имеет падающий с глубиной характер на значительном протяжении. Этот случай носит название антиволноводного распространения звука и отличается малой дальностью действия гидроакустических приборов.
Для океанических условий распространения звука на больших глубинах характерны некоторые особенности, которые связаны с наличием подводного звукового канала (ПЗК). Глубина оси ІЇЗК в океане I - 1,2 км, а в тропических районах она опускается до глубины 2 км. На рис.IX.IO показан случай, когда излучатель находится вблизи поверхности при наличии ПЗК на большой глубине (см.распределение скорости звука). На лучевой картине можно отчетливо видеть зональную структуру звукового поля, которая характеризуется последовательностью чередующихся облученных зон и зон геометрической тени( Тд , Та ,...)• В зону тени не попадают "каналовые" лучи., которые не претерпевают отражений от дна и поверхности. Отраженные же лучи, в общем, сильно ослабляются на значительном удалении. По мере приближения источника звука к оси ПЗК протяженность зон тени уменьшается. При совпадении глубины излучателя с осью канала зоны тени исчезают вообще. При этом в точку приема, расположенную вблизи канала, так же придет множество лучей. "Многолучевость" - одна из характерных особенностей распространения звука в ПЗК, что приводит к размыванию импульсных сигналов.
