Пример решения задач

Пример 1.

Гидроакустический комплекс «Сарган» имеющий рабочие частотыF₁=20 кГц,F₂=135 кГц, предполагается использовать на промысле креветки, средний размер котoройL₀=5см, определить какую рабочую частоту следует использовать для поиска данного объекта.

Решение

В данном случае определяющим фактором получения достаточного эхо сигнала будет условие дифракции. Интенсивность отраженного эхосигнала считается устойчивой и можно пользоваться лучевой теорией отражения при условииL₀/λ>3/.

Определите длины волн F₁ иF₂проанализируйте согласно условию, сделайте вывод для принятия решения.

Пример 2

Температура поверхности воды Т₀= 15 гр. На глубинеZ=50м,T_z=2гр. Построить траекторию движения центрального луча акустической антенны имеющей угол наклона

β = 7º, приняв соленостьS=32% постоянной по глубине.

Решение

Рассчитаем значение градиента скорости, считая его величиной постоянной между точками измерения температуры

G_t= ∆T/∆Z=(2-15)/50 = -0/26º/m.

G_c=0.0182+(4.587-0.09∙Т_ср)∙G_t+1.31G_s

Радиус кривизны траектории акустического луча определяется как:

R =C_s/G_c,

где С_s- постоянная Снелиуса

C_s= C_о/cosβ скорость звука

С_она поверхности рассчитывается по формуле Лероя.

Рассчитайте R.

Общее уравнение движения акустического луча при постоянном радиусе кривизны представляет собой окружность:

X²+Z²=R²,

где Х-дистанция по горизонтали.

Аналитическое решение будем иметь введя данные о положении антенны по углу наклона и решив уравнение относительно горизонтальной дальности получим:

X=√R²-(Z-Rcosβ)² -Rsinβ

Для частного случая положительной рефракции выражение будет иметь вид:

X=Rsinβ- √R²-(Rcosβ+Z)

Пример 3

Вычислить коэффициент поглощения на частоте f=10кГц на поверхности моря для воды с температуройТ_о=0ºС и соленостьюS=35‰.

Решение

Общие потери складываются из потерь на ионную релаксацию сульфата магния и др., для оценки коэффициента поглощения акустических сигналов можно воспользоваться выражением Шулькина-Марша:

S∙f_t∙f² f²

α =А─── + B─ db/км

f_t²+f² f_t²,

где: f_t- частота релаксации, зависящая от температуры, в кГц.

А и В – эмпирические коэффициенты А =2.05∙10־²; В = 2.95∙10־²;

Частота релаксации определяется следующим выражением:

_{{6-(C/T+273)}}

f_t = 21.9∙10

Находим частоту релаксации при Т согласно задания и вычисляем коэффициент поглощения в дБ/км.

Одновременно определить коэффициент поглощения по приближенной формуле и определить процент погрешности определений

α_i = 0/036∙f

Пример 4

Вычислить потери на распространение сигнала частотой f=19.7 кГц, при

Температуре воды Т=14ºС и соленостиS=35‰ на дистанцииR=1250 м.

Решение

Наиболее удобно вести расчет уменьшения интенсивности акустического сигнала не в абсолютных величинах, а в децибельной шкале. Потери обусловленные условиями распространение принято обозначать как TL(TRANSMISSIONLOSS) и его значение определяется выражением:TL = 20 lg R + αR (db) определив коэффициентα по известному, из примера 3, выражению, определите потери с учетом поглощения и потерь на распространение.

Пример 5

Определить коэффициент отражения и коэффициент прохождения для нормально падающего луча на гранит. Плотность гранита ρ= 2.7∙10³кг/м и скорость звука в граните С_г= 3.95∙10 м/сек; плотность воды ρ_в= 10³кГ/м³и скорость звука в воде С_в=1500 м/сек.

Решение

Определим коэффициент отражения по амплитуде акустического давления

β = (ρ_г∙С_г – ρ_в∙С_в)/(ρ_гС_г +ρ_вС_в)

Коэффициент прохождения акустической энергии в гранит определяется как:

υ =4∙ρ_г∙С_г∙С_в∙ρ_в/(ρ_гС_г +ρ_вС_в)

Тема 4

При использовании поисковых гидроакустических приборов важно знать и понимать формирование различного рода помех, необходимо понять функциональную связь интенсивности реверберационной помехи с рядом технических параметров ГАПП.

Важными вопросами для понимания являются параметры энергетической и геометрической дальности действия гидролокаторов их связь с техническими характеристиками ГАПП и гидрологией моря. При изучении принципа действия поисковых средств студенту необходимо усвоить структурную схему эхо-импульсного метода измерения дистанции до объекта. Следует обратить внимание на особенности различных типов гидроакустических систем. Рекомендуется рассматривать обстоятельно, конкретно, рыбопоисковые комплексы «Прибой-101», «Сарган-К», приборы контроля ИГЭК-У, «СКОЛ-1500(2000)», «Эридан» построенные по классическим схемам применяе-мым в мировой практике. При подробном изучении можно легко делать обобщения по принципу действия и приходить к анализу работы других современных гидроакустических систем.