книги из ГПНТБ / Океанография и морская метеорология учебник

мальным количеством слоев с постоянными вертикаль­ ными градиентами, иными словами, кривая может быть заменена ломаной. Выделим й “і слой и применим к нему положение общей акустики о том, что траектория зву­ кового луча в слое с постоянным градиентом скорости

123

Рис. 24. Участок траектории звукового луча в (-м слое

giSMBaiiiiasKsgsssssss

Рис. 25. Номограмма для определения горизонтальных приращений траекторий звуковых лучей [56]

129

— средний угол скольжения луча при прохождении

г-го слоя.

Формула (3.71) номографирована (рис. 25).

Общая траектория звукового луча, проходящего че­ рез все слои, может быть представлена сопряжением дуг окружностей радиусов Ri, получающих в каждом слое горизонтальное приращение Г{. Следовательно, задача по расчету траектории звуковых лучей сводится к опре­ делению скорости распространения звука в морской воде на различных горизонтах и определению углов скольжения при всех пересекаемых горизонтах.

Первая часть задачи решается с помощью методов, изложенных выше, для решения второй части обратимся

В выражении (3.73) скорость звука Сі можно предста­ вить как

где АС; — разность между критическим значением ско­ рости звука для данного луча С0 и скоро­ стью звука на соответствующем горизонте £*•

130

131

Т а б л и ц а 8

часть излученной звуковой энергии достигнет заданной точки. Происходит это по двум причинам:

а) энергия распределяется на все возрастающие по мере удаления от источника звука поверхности (потери на расширение фронта волны);

б) энергия частично поглощается средой вследствие ее вязкости, частично рассеивается неоднородностями среды: пузырьками воздуха, взвешенными микроорга­ низмами и частицами (потери на затухание).

Оба вида потерь в совокупности составляют потери при распространении, которые характеризуют среду в

132

акустическом отношении в данном месте и в данный мо­

деляется по эмпирическим формулам, например по фор­ муле

Для акустически неоднородной среды, какой в об­ щем случае является океан, формулы (3.76) и (3.77) дополняются результирующей поправкой 8, учитываю­ щей это влияние:

Знание значений давления Р полезного сигнала в различных точках акустического поля лежит в основе расчетов дальности действия гидроакустических средств.

133

Геометрическая и энергетическая дальности обнару­ жения подводных целей. В гидроакустике под геометри­ ческой дальностью действия гидроакустических станций понимают то предельное расстояние, которое отделяет зону акустической освещенности от зоны акустической тени, в которую звуковые лучи не попадают в силу чи­ сто геометрических условий. Так, например, при отри­ цательной рефракции звуковых лучей в глубоком океа­ не дальность действия гидроакустических средств, оче­ видно, будет ограничена траекторией верхнего предель­ ного луча (см. рис. 21).

В более сложных случаях в результате отражения звука от поверхности, дна океана или от слоев воды с иными акустическими свойствами часть звуковых лучей будет достигать данной точки пространства, создавая акустическую освещенность, однако это вовсе не равно­ значно возможности эхо- и шумопеленгования подвод­ ных целей. В принципе пеленгование возможно до тех пор, пока тот или иной из применяемых в гидроакусти­ ческой станции индикаторов позволяет выделять полез­

(3.82), и называется энергетической дальностью обнаружения подводных целей.

134

Прием полезного сигнала затрудняют шумы, раз­ личные по уровню, частотному составу, временным ха­ рактеристикам, продолжительности действия и происхо­ ждению. По происхождению, т. е. по характеру создаю­ щего их источника, выделяют искусственные (или пред­ намеренные) и естественные шумы (совокупность излу­ чаемых кораблем и собственных шумов океана).

Шумы, излучаемые кораблем. Всякий надводный ко­ рабль или подводная лодка, движущиеся в воде, явля­ ются источниками подводных шумов. Источником шу­ мов может явиться и неподвижный корабль, на борту которого работают механизмы и о корпус которого бьются волны. Таким образом, надводные корабли и подводные лодки практически всегда создают в воде поле излучаемых кораблем шумов — дальнее (внешнее) и ближнее (собственное). Первое характеризует ко­ рабль как источник акустического сигнала для шумопеленгования противником, второе определяет уровень акустических помех работе своих гидроакустических станций. Основными причинами возникновения поля из­ лучаемых кораблем шумов являются:

— действие потоков обтекания корпуса корабля и гидравлических сил, вызывающих вибрационные и вих­ ревые шумы;

— работа двигателей, гребных винтов ц механизмов;

— явления кавитации * на лопастях гребных винтов и корпусе корабля.

Естественные подводные шумы океана. Океан ни­ когда не бывает свободным от подводных шумов, ко­ торые также создают помехи нормальной работе гидро­ акустических станций и акустических неконтактных взрывателей. Собственный шум океана охватывает очень широкий диапазон частот — от единиц герц до десятков килогерц. Уровень этого шума меняется в широких пре­ делах от места к месту, по глубине, а сам шум носит постоянный, сезонный или случайный характер. В от­ крытом океане источниками естественных подводных шумов являются многие факторы, и прежде всего:

—движение вод в океане;

—взаимодействие океана с атмосферой;

—сейсмические явления, подводный вулканизм;

* Кавитация — образование пустот в движущейся жидкости,

135

—биологические факторы;

—движение кораблей и полеты самолетов над мо­

деятельность, а также работающие береговые промыш­ ленные, транспортные и погрузо-разгрузочные объекты.

Некоторые из этих шумов относительно слабые, дру­ гие проявляются только в редких случаях, но все они имеют значение при формировании поля естественного подводного шума океана. Например, тепловое хаотиче­ ское движение молекул воды является постоянным ис­ точником очень слабого шума в океане, однако даже в самом спокойном океане прочие виды перемешивания вод создают шумы значительно большей интенсивности. Так, главным источником подводного шума в океане следует считать ветровые волны. Уже при волнении по­ верхности океана 2—3 балла создаваемый волнами шум начинает неблагоприятно сказываться на работе гидро­ акустических средств. Величина уровня шума ветровых волн зависит главным образом от силы ветра и состоя­

чайным шумом, распространяется он равномерно по всем направлениям, результирующее давление в поле этого шума до глубин 200—300 м ослабевает незначи­ тельно. Средняя величина уровня шума ветровых волн

10 дБ и более. Шум, вызываемый зыбью, значительно менее интенсивен, чем шум ветровых волн.

Шум океанских течений по своей физической при­ роде является вихревым шумом, возникающим при об­ текании потоком подводных препятствий (рифов, банок, затонувших судов, мин), а также в результате проявле­ ния турбулентности при встрече течений.

Дождь и град являются источниками подводного шума случайного характера обычно небольшой интен­ сивности. Подвижки же льда, образование торосов и

т

трещин по динамическим и термическим причинам соз­ дают довольно высокий уровень подводного шума, осо­ бенно интенсивного у кромки припая и на границе пла­ вучих льдов.

Представители морской фауны, особенно обитатели тропических широт, являются источниками подводного шума в широком диапазоне частот самой различной ин­ тенсивности. Шумы биологического происхождения ис­ следует новая отрасль гидроакустики — морская био­ акустика, ее выводы представляют для ВМФ особый ин­ терес.

§ 13. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОРСКОЙ ВОДЫ

Дальность видимости объектов в условиях земной атмосферы в общем случае, если не принимать во вни­ мание сильных туманов, когда видимость уменьшается до нуля, мажет достигать десятков километров.

Условия же наблюдения под водой, близкие к усло­ виям наблюдения в атмосфере во время тумана, явля­ ются закономерными. Даже в самых прозрачных океан­ ских водах дальность видимости подводных объектов не превышает нескольких десятков метров, а в прибреж­ ных районах она ограничена несколькими метрами. Вода в океанах и морях, как и в других естественных водоемах, представляет собой полупрозрачную среду. От свойств этой сложной оптической системы прежде всего зависит степень нагрева поверхностных слоев океана, интенсивность и глубина распространения фото­ синтеза, что в значительной степени определяет многие особенности гидрологического режима данного района.

Оптические явления и процессы, протекающие в океане, изучает одна из самых молодых отраслей физи­ ки моря — гидрооптика. Ее основными объектами явля­ ются:

—закономерности распространения света в океанах

иморях;

—оптические характеристики вод;

—связь оптических характеристик с химическими и

физическими свойствами морской воды, гидрологиче­ скими и гидробиологическими условиями;

— методика гидрооптических измерений;

137