Общая гидроакустика - Рожин Ф.В.
Скачать (прямая ссылка):
Интенсивность инфразвука на малых глубинах зависит от давления поверхностных волн и уровня шума, излучяомого стоячими поверхностными волнами. В этом диапазоне существенны шумы землетрясений, вулканов (8) и так называемый сейсмический фон (6). Последний может создаваться даже притяжением Луны, и, хотя, период здесь порядка суток, тем не менее, фон имеет частоты 1+ Ю Гц.
Шумы биологического происхождения широкополосны и имеют существенную сезонную, суточную и географическую зависимость. Представлены два характерных спектра шума: максимальные шумы стаи рыб семейства горбылевых (10) и скопления креветок (II). Кривая (12) дает спектр шумов ливня.
Из технических шумов, в основном, преобладают шумы кораблей. Остановимся на источниках шумов кораблей подробнее: источники можно систематизировать следующим образом:
1) собственный шум гребных винтов: звук вращения, вихревой звук, кавитационный шум;
2) шум корпуса, обусловленный действием-вращающихся винтов, работой механизмов (главных и вспомогательных), срывом вихрей
с кормовой части и кавитацией на плохообтекаемых частях корпуса;
3) другие источники - шум пограничного слоя корпуса, носового буруна и т.д.
В общем случае спектр шумов корабля состоит из сплошной и дискретной частей. Сплошная часть связана с вибрациями корпуса под воздействием как механизмов, так и кавитационного возбуждения, а также чисто кавитационным шумом, который растет с увели-чешем скорости движения судна. При этом наблюдаемый максимум смещается вниз по частоте.
Дискретные составляющие, в основном низкочастотные, обязаны своим происхождением вращению винтов, а их частоты (основная и гармоники) определяются по формуле
в минуту, L - число лопастей. На рис.ЖЗ показан пример трансформации спектра шума корабля с изменением скорости его
- 136 -
©ижения. Пунктиром указано смещение максимума кавитвционного *ума. Нижняя кривая - максимум динамических шумов.
В заключение на рис.ХШ.4 в виде таблицы приведена систематизация частотных областей шумов различного происхождения.
OJ / tQ №0
4 40 401 itf Юк 10*
сейсмические тон,StMAf
ТГГвУШТКМИ UlYM
80ЛН01
TEMCSh iE ШУМЫ
6ИОАОГМ«с*»| ШУМЫ
рис XUl /
- 137 -
ХІУ. ІШІРАВЖШОСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ АНТЕННЫХ РИПЕТОК ИЗ ТОЧЕЧНЫХ ЭЛШЕНТОВ. ЖЇЕЙНАЯ И КРУГОВАЯ БАЗЫ
В гидроакустике находят применение самые разнообразные типы излучакщих и приемных систем, назначение которых состоит в преобразовании акустической (механической) энергии в электрическую или наоборот в зависимости от цели, для которой используется антенна. Другим важным свойством антенн является возможность создания пространтсвенной избирательности. Большинство гидроакустических антенн обратимы, т.е. они обладают одновременно свойствами и приемной и излучающих антенн. По своим конструктивным типам можно различать непрерывные и дискретные антенны, линейные, плоские и пространственные, с отражателями или без них.
Приведем основные определения:
а) В случае излучающей антенны принято говорить и различать три зоны: волновую, зону дифракции Френеля и зону дифракции Фра-унгофера.
Зона Френеля простирается от расстояний порядка длины волны звука Л от излучателя до ^ = 2? *7rj4 , где ^ - наибольший размер активной поверхности антенны.
Зона Фраунгофера - это дальнее поле антенны при L>21)2*//\ 9 именно в этой зоне и работают, в основном, гидроакустические антенны.
Наиболее сложная структура поля в волновой зоне, а наиболее простая - в дальней зоне.
б) Зададим давление в дальней зоне в направлении единичного вектора ~\L как
цк*-
U4.I)
где -^lи/определяет зависимость от выбранного направления. В дальнейшем временной множитель е~1и>^ не учитываем. Характеристику направленности определим как
(14.2)
где iL - некоторое выбранное направление в пространстве*
3 соответствия о формулой (14.2) - диаграмма направленности-функция комплексная. ^11
Модуль характеристики направленности ^(M) = 12>(СУ| называют амплитудной характеристикой, а аргумент arg^)CxL) - фазовой.
В общем случае амплитудная характеристика направленности может рассматриваться как некоторая поверхность. Сечения же этой поверхности плоскостями, проходящими через начало координат, называют характеристиками направленности в соответствующих плоскостях. Обычно это характеристики в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Рассмотрим типичный вид характеристики, 'представленный на рис .ПУЛ.
При вращении вокрут оси образуется характеристика, носящая название к^тіусообразной; при вращении относительно оси X -дискообразной, и относительно оси Xх - воронкообразной.
В характеристике различают основной максимум и дополнительные, которые могут быть меньше или равными ему. Ширину характеристики направленности определяют обычно на уровне 0,707 от максимального значения, что соответствует значению угла, при котором квадрат звукового давления уменьшается в 2 раза.
Пусть антенна состоит из Kb элементов, и давление, создаваемое С^-м элементом будет P^(U) . Тогда в силу известного принципа суперпозиции суммарное давление от Tu элементов будет
