Общая гидроакустика - Рожин Ф.В.
Скачать (прямая ссылка):
грунта при У)з « О
C50 » 1,83.Ю5см/с, C1000 » 2,04•1O5 см/с
При расчетах принято: б* =0,18; E a 6,25•1O1* дин/см2;
р2 «2,7 г/см3; а I г/см3; ? аІ,29'І0~3г/см3; «0,476;
DtaOt524; Ti5=O; C3 =І,7-І05сад/о.
Акустические свойства морского грунта характеризуются, как мы видим, волновым сопротивлением сложной среда, в общем случае комплексной скоростью продольной и поперечной волн и, соответственно, комплексными модулями упругости объемной и сдвиговой деформаций. Мнимая часть комплексных величин и-йонечном итоге определяет затухание звука в грунте. В суспензиях потери и распространении звука существенно возрастают по двум причинам:
I) Твердые частицы и пропитывающая их жидкость движутся с различными скоростями под действием одной и той же силы, а поэтому вязкие потери происходят на расстояниях порядка размера
- 29 -
частиц, и в смеси они значительно больше, чем в чистой жидкости. Этот механизм потерь часто описывается введением комплексной плотности P ~ Д + 1 Р, •
2) Частицы различных компонентов (жидкость, твердые частицы, газ) при сжатии нагреваются до разных температур из-за разной теплоемкости, что ведет к теплообмену на границах раздела и необратимым потерям. Этот механизм часто описывают с введением комплексного модуля упругости или второй вязкостью (потери при объемной деформации).
В газированном грунте основной причиной сильного затухания ввука, как и в случае воды с пузырьками, является необратимый теплообмен между газовыми включениями и окружающей их жидкой средой. В случае песка некоторую добавку к тепловым потерям дает относительное движение твердых частиц в жидкости.
Приведем некоторые соотношения, позволяющие оценить порядок потерь вследствие теплопроводимости. Если решить задачу о сжимаемости грунта с большим количеством мелких пузырьков, то получим волновое число в виде К - <( + , причем действительная
часть равна k'=u>{fi< t а мнимая в случае метановых пузырьков (дно пресного водоема) и на "высоких" частотах, удовлетворяющих условию d>?co > 2,5 ( d -диаметр пузырьков в ом), равна
В области "низких" частот, удовлетворяющих условию d VZo 4 0,01, имеем
где р и К определяются по формулам (3.1) и (3.2).
2. Коэффициенты отражения от различных типов грунтов
Многочисленные экспериментальные данные, полученные различными авторами к в разных районах мирового океана, показывают как существенный разброс данных, так и некоторые области средних значений коэффициента отражения. Кроме того, обнаруживается явная зависимость от частоты падающей звуковой волны (разная для разных типов грунта). В основном в литературе приводятся данные по ультразвуковым частотам, на которых работают эхолоты, гидролокаторы. Для частот порядка IO кГц и выше можно привести следую-
- 30 -
щую усредненную картину коэффициента отражения (рис.Ш.З): о ростом углов падения до 60° средние значения лежат в пределах 0f 2*0f 5f далее наблюдается рост коэффициента отражения и при скользящих углах коэффициент отражения достигает величин 0,84-1. Такая картине характерна для ровных участков дна. В случае слоисто-го дна нвблюдаются осцилляции коэффициента отражения за счет интерференции волн, отраженных от разных слоев.
Представляют интерес общие закономерности наблюдаемые в отраженных сигналах от океанического дна. Если представить себе профиль дна океана (рис.Ш.4) и синхронно показать коэффициент отражения звука, то на участках выровненного рельефа наблюдаются больше значения коэффициента отражения при одновременной большей его нестабильности. Такой эффект наблюдается в большинстве случаев, но не всегда. Средние величины эффективного коэффициента отражения для некоторых районов Атлантического и Индийского океанов на частоте около IO кГц можно систематизировать и представить в виде следующей таблицы (для нормального падения).
ЗО9 AS9 CQ9 )Ґ
S
L «* Г"
400
------.........- L »>
Таблица
Ко эфф. отраж. Максимальная изрезанность дна Средняя изрезанность дна Выравненный рельеф
0,06 * 0,09 ' 0,19 і- 0,3 0,37 * 0,49
В случаях, когда экспериментальный коэффициент отражения не зависит от ширины диаграммы направленности, его называют эффективным. ЛГ эфф. не зависит от характеристик приемно-излучающих систем, когда р ког » P3 ,т.е. фактически
*V" Эфф " Т* КОГ * "V" 8КСП •
- 32 -
ІУ. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В ГЛУБОКОМ МОРЕ. ВЛИЯНИЕ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА
Рассмотрим лучевую картину распространения звука в однородной водной среде о плоской ровной поверхностью, разделяющей водную $ воздушную среда. В реальных условиях наличие волнения поверхности и микронеоднородности самой водной среды, вызванной флук-туациями температуры и скорости звука, приводит к флуктуациям звука. Поэтому наше рассмотрение является идеализированным и справедливо для усредненных значений звукового поля в глубоком море.
Пусть звук от источника о производительностью Gt распространяется в точку P г( X , $ , 2: ) при наличии свободной границы, совпадающий с плоскостью Ъ «О, как это показано на рис.ІУД. Глубина погружения излучателя, расположенного на оси Ъ , равна h .
