Раздел первый.

ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ РЫБОПОИСКОВЫЕ И НАВИГАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ

Приборы и комплексы, использующие акустические волны для решения промысловых и некоторых навигационных задач, называются гидроакустическими.

Успех работы промыслового флота во многом определяется степенью его оснащенности наиболее эффективными гидроаку­стическими приборами, позволяющими вести поиск объектов промысла, маневрировать с орудиями лова и одновременно кон­тролировать их работу. Поиск рыбных скоплений и других объ­ектов промысла осуществляется гидролокаторами и рыбопоис-ковыми эхолотами на расстоянии нескольких километров вокруг судна и в 1—1,5 км под его килем. Современные средства вос­произведения и отображения обеспечивают получение одновре­менного кругового обзора подводной обстановки, что позволяет оперативно принимать оптимальные решения по выбору курса и скорости траления, выводу орудий лова на заданную глубину, продолжительности траления и т. д.

Приборы контроля или сетные зонды определяют вертикаль­ное раскрытие трала, глубину хода, степень его заполнения ры­бой, что также способствует повышению эффективности про­мысла. На промысловом флоте используются кабельные и бес­кабельные сетные зонды. Они устанавливаются на орудиях лова и передают информацию по кабельному или акустическому ка­налам связи. При добыче глубоководных рыб применяются глу­боководные рыбопоисковые комплексы.

Подводная обстановка при ведении промысла постоянно ме­няется. Косяки рыб перемещаются по вертикали и горизонтали с переменными скоростями. Изменяются концентрация рыбных скоплений, протяженность и условия распространения акустиче­ских волн.

Для повышения эффективности промысла разработаны судо­вые промысловые и навигационно-промысловые комплексы, в ко­торых многие задачи решаются с помощью вычислительных уст­ройств. Для решения навигационных задач и обеспечения без­опасности мореплавания используются навигационные эхолоты и гидроакустические лаги (для измерения глубины места и ско­рости судна). Все гидроакустические приборы подразделяются на следующие группы:рыболокаторы, рыбопоисковые эхолоты и рыбопромысловые комплексы;

приборы контроля за работой орудий лова; навигационные эхолоты и лаги.

Глава I. Основы теории промысловой гидроакустики

§ 1. Акустические колебания и их распространение в море

Свойства акустических колебаний в воде. Звук представляет собой частный случай механических колебаний в упругой среде. Частицы жидкости связаны между собой упру­гими связями и находятся в положении равновесия. Если по­действовать на водную среду источником звука, например меха­нической колебательной системой, то он передаст свою энергию прилегающим к этой системе частицам жидкости. Эти частицы начнут совершать колебательные движения около положения равновесия под действием упругих сил. Амплитуда колебания прилегающих частиц примерно равна величине молекулы воды. Прилегающие к источнику звука частицы жидкости при своем колебании воздействуют на соседние частицы, вызывая соответ­ственно их колебательные движения. Этому влиянию подверга­ются и следующие частицы, более удаленные от источника звука. Каждая последующая частица из-за инерции совершает колебательные движения с некоторым опозданием. В водной среде образуются сгущения (когда частицы группируются) и разрежения (когда частицы расходятся). Сжатия и разрежения носят периодический характер, они последовательно передаются от одного слоя к другому (рис. 1). Такой процесс называется волновым движением, или распространением акустических волн. Пространство, в котором действуют акустические волны, назы­вается акустическим, полем. Так как частицы жидкости совер­шают лишь колебания возле своего положения равновесия и не увлекаются акустической волной, то среда, участвующая в ко­лебательном процессе, в целом остается неподвижной.

Скорость распространения акустических волн не равна ско^ рости колебательных движений частиц и не зависит от силы акустических колебаний. Скорость распространения волн совпа­дает со скоростью передачи возмущений от частицы к частице и зависит от упругости среды, плотности и т. п. Звуковые волны могут иметь различную форму. Она зависит от конфигурации источников колебаний, типа колебаний, характера среды и оп­ределяется видом волновой поверхности.

Волновой поверхностью, или фронтом волны, называется гео­метрическое место точек, в которых колебания частиц происхо­дят в одной и той же фазе. Фазой колебания называется полож ение колеблющейся частицы по отношению к положению ее равновесия. Линии, совпадающие с направлением распростра­нения волны, называются акустическими лучами. Они перпенди­кулярны фронту волны. Самым простым типом акустической волны является плоская волна, которая распространяется только в одном направлении и лучи которой всегда парал­лельны друг другу. Она создается источником с бесконечно большой излучающей поверхностью, а так как таких источни­ков в природе нет, лучи акустических волн представляют собой линии, исходящие из од­ной точки.

Распростране­ние акустических колебаний в одно­родных и неодно­родных средах. Ха­рактер распространения акустических волн зави­сит главным образом от свойств окружающей среды. В идеально одно­родной среде распрост­ранение волн всегда про­исходит прямолинейно, с постоянной скоростью, не зависящей от направ­ления распространения. В реальных условиях распространение волн носит сложный характер.

В морской воде, например, скорость звука изменяется, так как изменяются ее плотность и упругие свойства, соленость и темпе­ратура. Непосредственно у поверхности скорость звука зависит от суточных воздействий теплоты, холода и ветра. В подповерх­ностном слое температура и скорость звука уменьшаются с глу­биной. Ниже этого слоя простирается глубинный изотермиче­ский слой (имеющий постоянную температуру). В этом слое скорость звука увеличивается с глубиной под влиянием гидро­статического давления. Возле изотермического слоя может су­ществовать слой, в котором скорость звука минимальна. Он на­зывается слоем скачка.

На распространение в среде звуковых волн оказывают боль­шое влияние различные примеси. Пузырьки воздуха, взвешен­ные частицы рассеивают волны в разных направлениях, погло­щают энергию и нарушают фазовые соотношения. В мелковод­ных районах происходит значительный разброс скоростей аку­стических волн в зависимости от характера прогрева воды, те­чений, солености. Поверхность моря и его дно не являются идеальными грани­цами раздела из-за гидрометеорологических условий и сложно­сти рельефа дна.