Билет 6 Первого нету

-Акустические колебания, их виды и основные параметры. Акустическое сопротивление среды. Особенности распространения акустических колебаний в воде и их влияние на эффективность применения гидроакустической аппаратуры на промысле.

К основным параметрам акустических волн относятся акустическое давление, энергия акустического поля, интенсивность звука. С изменением степени сжатия частиц среды происходит изменение акустического давления. Это давление изменяется во времени и по мере удаления от источника излучения. Величина акустического давления незначительна, она накладывается на среднее гидростатическое давление. Акустическое давление можно определить как разность давления в какой-либо точке акустического поля и среднего гидростатического давления при отсутствии волн. Единицей измерения акустического давления является паскаль (Па). Уровень звукового давления относительно условно нулевого порога слышимости (2- 10~5 Па) измеряется в децибелах (дБ).

Энергией акустического поля называется сумма кинетической энергии колеблющихся частиц и потенциальной энергии упругой деформации. Энергия измеряется в джоулях (Дж). Мощность акустического поля измеряется в ваттах (Вт). Основной энергетической характеристикой является интенсивность звука /. Интенсивностью звука называется количество энергии, переносимое звуковой волной через площадку в 1 м2, поставленную перпендикулярно направлению распространения звуковой волны за единицу времени. Величина / (в Вт/м2) определяется по фор-муле

где Р — мощность акустического поля, Вт; /? — расстояние до излучателя, м. При направленном источнике излучения

где 52 — угол направленности.

Скорость звука является основной характеристикой среды, определяющей многие особенности распространения акустических волн. В частности, при изменении скорости распространения происходит, рефракция акустических волн, т. е. их искривление; это обязательно нужно учитывать при работе с рыбопоисковыми приборами горизонтального действия. Скорость звука в море зависит от давления, температуры и солености, которые могут изменяться в зависимости от глубины, времени года, географического района и времени суток. Аналитические и экспериментальные методы позволяют получить эмпирические формулы расчета скорости звука в зависимости от солености, плотности и температуры. Наиболее широкое распространение получили формулы Вуда, Дель-Гроссо и Вильсона. Формула Вуда имеет вид

с= 1450+4,206/—0.0366*8-г-1,137(5—35) + 0,175А,

где г — температура, "С; 5 — соленость, %о; А— глубина, м.

представлены номограммы для определения скорости звука в зависимости от различных факторов.

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 скорости 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 положение 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.

-Гидроакустические помехи. Источники помех и их классификация. Активные и пассивные помехи. Шумы моря. Реверберация моря: донная, объемная, поверхностная.

Гидроакустические помехи

Подводные шумы различного происхождения, на фоне которых происходит прием звуковых сигналов целевого назначения. Гидроакустическими помехами являются шум моря, шумы от работающих винтов и механизмов корабля и т. д., а также шумы, искусственно создаваемые противником. Гидроакустические помехи снижают возможность распознавания полезного сигнала и сокр акуст. колебания, воздействующие на приемные антенны гидроакуст. уст-в, не связанные с полезным сигналом, а также его маскирующие и искажающие (например, реверберационные помехи) Частотный спектр ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ПОМЕХ перекрывает весь диапазон используемых в гидроакустике сигналов, вследствие чего ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ ПОМЕХИ являются основным фактором, ограничивающим дальность действия гидроакуст. средств. ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ ПОМЕХИ делятся на шумы моря, шумы носителей и организованные. Шумы моря обусловлены взаимодействием океана и атмосферы, разрушением и подвижками лед. покрова, жизнедеятельностью мор. фауны, тектонич. деятельностью земной коры, техн. и тепловыми (на ВЧ) шумами. Шумы носителей определяются шумами, создаваемыми движителями, вибрациями суд. механизмов и констр. и гидродинам. шумами, связанными с обтеканием. Шумы, создаваемые винтами и вибрациями механизмов, имеют выраженные дискретные составляющие, частоты которых кратны числу оборотов механизмов. Организованные ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ ПОМЕХИ создаются специально разл. гидроакуст. ср-ми (стационарными, суд., самоходными и дрейфующими) в диапазоне частот используемых сигналов для снижения вероятности и дальности обнаружения.ащают дальность обнаружения объектов в водной среде.

Реверберацией называется послезвучание, наблюдающееся после прекращения излучения и выражающееся поступлением на приемник спадающего по силе звука. Реверберация возникает в результате рассеяния акустических волн неоднородно-стями среды. К таким неоднородностям относятся пузырьки воздуха и газа, твердые взвешенные частицы и биологические объекты (в том числе планктон). Все они различны по размерам, имеют неодинаковые акустические сопротивления. Наибольшая концентрация пузырьков газа наблюдается в подповерхностном слое. Концентрация неоднородностей может изменяться по глубине в зависимости от времени года, суток и т. д., что происходит, например, с зоо- и фитопланктонами. На нерегулярность и неоднородность среды оказывают существенное влияние турбулентные движения масс воды, их перемещение морскими волнами. При нахождении источника излучения в такой среде часть излученной энергии рассеивается этими неоднородностями во всех направлениях, в том числе и в направлении приемной антенны. В результате после прекращения излучения в приемном устройстве отмечается спадающий по силе звук, а на регистрирующих устройствах появляется реверберационная помеха. В рассеянии акустических волн принимают участие также граничные среды — поверхность и дно моря. Некоторая часть отраженной энергии возвращается в приемное устройство и вызывает реверберацию.

Реверберацию можно условно разделить на объемную, поверхностную и донную, хотя границы между ними не существует и в реальных условиях возможно их совместное воздействие на приемное устройство.

Поверхностная реверберация возникает за счет рассеяния акустических волн в подповерхностном слое воздушными пузырьками и волнующейся морской поверхностью. Объемная реверберация возникает за счет рассеяния звука неоднородностями в толще воды. Донная реверберация вызывается рассеянием и отражением волн от различных неровностей и неоднородностей морского дна. Последняя оказывает наибольшее влияние по сравнению с другими видами реверберации, так как имеет наибольшую интенсивность (особенно на небольших глубинах). Интенсивность реверберации зависит не только от окружающей среды, но и от источника излучения акустических волн, в частности от мощности и длительности импульса. Так как в общем случае реверберация является отрицательным явлением (она маскирует полезный сигнал), принимаются меры по ее уменьшению. В гидролокаторах, в частности, на некоторых диапазонах уменьшается длительность излучаемого импульса.

-Классификация антенн промысловых гидроакустических приборов. Основные параметры гидроакустических антенн.

Для образования акустических волн в водной среде и для их приема во всех гидроакустических приборах используются приемные и передающие антенны.

Передающая, или излучающая, антенна преобразует электрическую энергию в механическую. Колебательная система такой антенны создает акустические волны, распространяющиеся в водной среде с определенной скоростью. Приемная антенна принимает отраженные акустические волны и преобразует их механическую энергию в электрическую. Преобразованные и усиленные эхо-сигналы поступают в дальнейшем на индикаторные устройства.

Передающие и приемные антенны обратимы, что позволяет использовать одну антенну как для передачи, так и для приема акустических волн. Такая система называется одновибраторной. В гидроакустической аппаратуре применяются одновибраторные системы и системы с двумя антеннами — передающей и приемной.

Антенны в эхолотах, как правило, устанавливаются в прорези днища, таким образом, излучающая поверхность непосредственно соприкасается с окружающей водной средой. Место установки антенн выбирается с учетом наименьшего влияния турбулентных слоев жидкости.

Антенны эхолотов могут устанавливаться и без прорези днища. В этом случае они помещаются в специальных выгородках или танках (рис. 20). Танки заполняются жидкой смесью, главной составной частью которой являются глицерин или касторовое масло. Возникающие в антенне колебания передаются сначала этой жидкости, а затем и обшивке корпуса судна или специальной мембране. На судах большого водоизмещения антенны устанавливаются в нескольких местах корпуса судна и могут выборочно подключаться к работе.

В гидролокаторах и рыбопоисковых эхолотах антенны выдвигаются от корпуса судна на расстояние 1,2—1,3 м, что уменьшает влияние турбулентных потоков жидкости, возникающих от движения корпуса судна особенно на больших скоростях. Антенны устанавливаются в специальных обтекателях, изготовляемых из металла, стеклопластика или резины, и могут разворачиваться как по высоте, так и по азимуту благодаря поворотному устройству.