Взаимодействие потоков энергии акустических полей в океаническом волноводе

• Автор: Щуров, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 293 с. : ил.

В двадцатом столетии, особенно во второй его половине, акустика океана развивалась чрезвычайно интенсивно, о чем говорят многочисленные пуб-^ ликации и научные конференции по данной тематике. Необходимо отметить
две фундаментальные коллективные монографии, имеющие одинаковые названия «Акустика океана», которые характеризуют уровень современной подводной физической акустики. Первая - «Акустика океана» написана ведущими советскими учеными, выпущенная издательством «Наука» в 1974 г. под редакцией Л.М. Бреховских. Вторая - «Ocean Acoustics» (Edited by J.A. De Santo) написана группой ведущих американских специалистов (русский перевод: «Акустика океана», издательство «Мир», 1982 г., под редакцией проф. Кравцова Ю.А.). Как отечественная, так и переводная «Акустика океа-. flF на» до настоящего времени не утратили своей актуальности и определяют
уровень современной подводной акустики, основанной на измерении скалярной величины акустического давления.
В данной диссертации излагаются обнаруженные автором в глубоком открытом океане и его прибрежных зонах физические явления, связанные с ' векторным характером акустической интенсивности. Естественно, что подобные явления не обсуждаются ни в отечественной «Акустике океана», ни в переводной «Ocean Acoustics».
Следует отметить также две значительные отечественные монографии в области векторной акустики. Первая - «Векторно-фазовые методы в акустике» (Гордиенко В.А., Захарова Л.Н., Ильичева В.И. издательство «Наука», 1989 г.); вторая - «Комбинированные гидроакустические приемники»

(Скребнев Г.К., издательство «Элмор», 1997). В работе «Векторно-фазовые методы в акустике» обсуждаются общие принципы векторно-фазового метода и ранние исследования в данной области. Книга «Комбинированные гидроакустические приемники» является уникальным пособием по расчету и

конструированию комбинированных приемников. В зарубежной научной литературе подобных изданий не существует.
К настоящему времени проведено значительное число как экспериментальных, так и теоретических исследований по векторным характеристикам акустического поля океана, но они разбросаны по различным изданиям и не систематизированы. В данной диссертации приведена часть результатов многолетних исследований автора. Полностью они изложены в монографии «Векторная акустика океана». По мере необходимости результаты исследований других авторов также будут обсуждаться в данной диссертации, в первую очередь это относится к работам В.А. Киршова и G.L. D'Spain et al.

Актуальность научного направления

В диссертационной работе развивается направление подводной физической акустики - векторная акустика океана. Основа становления нового научного направления в современной подводной физической акустике обусловлена векторной природой акустической интенсивности. Описание акустического поля (например, поля подводного окружающего шума), связанное с использованием только акустического давления (на основе скалярной интенсивности), неполно, поскольку не учитывает тех свойств акустического поля, которые могут вытекать, из векторной природы акустической интенсивности. — -
Известно, что для полного описания движение жидкости необходимо знание следующих величин: трех компонент вектора скорости жидкости и каких-либо ее двух термодинамических величин, например давления и плотности (Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. «Гидродинамика», 1986 г.). В случае акустики достаточно знание четырех физических величин: трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости частиц среды и акустического давления. При измерениях четырех компонент акустического поля существует возможность исследовать не только вектор интенсивности, но и ряд других характеристик акустического поля, например плотности кинетической и
потенциальной энергий, диффузные и когерентные свойства поля, разностнофазовые соотношения, поляризацию вектора колебательной скорости, определять направление на источники звука из одной точки наблюдения и т. д. За рубежом такие исследования получили название метода измерения акустиче-ф ской интенсивности. В отечественной научной литературе эта область исследований называется векторно-фазовым методом, что отражает только технологическую направленность исследований. Логично данное направление физической акустики называть векторной акустикой, что и предлагает диссер- У тант.
Экспериментальные работы, выполненные до 1980 г. в области векторной акустики (Ржевкин С.Н., Захаров Л.Н., Киршов В.А.), проводились в основном в мелких пресноводных водохранилищах с илистым дном. Ранние образцы комбинированной измерительной техники были созданы диссертан-• том в 1978-1980 гг. Они >позволили проводить исследования в глубоком открытом океане и прибрежных зонах.
Актуальность. диссертационной работы заключается прежде всего в том, что при исследовании векторных свойств подводного окружающего шума в океане были обнаружены акустические явления, обусловленные векторным характером акустической интенсивности и ранее не известные, например, компенсация интенсивности встречных потоков энергии окружающего шума и сигнала; горизонтальный поток энергии динамического шума и его связь с поверхностным волнением и т. д. Появляются новые возможности для создания более эффективных инфразвуковых и низкочастотных помехоустойчивых систем для акустического мониторинга океана на основе обнаруженных явлений. Таким образом, оказалось, что там, где для исследований

требуются длинные гидрофонные антенны, можно обойтись одиночным точечным приемником, который способен, кроме того, указать направление на источник звука.
Исследование процессов локализации и движения акустической энергии (например подводного окружающего шума) в океаническом волноводе с

Глава вторая. МЕТОДОЛОГИЯ И ТЕХНИКА КОМБИНИРОВАННЫХ ПОДВОДНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ
ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. ВВЕДЕНИЕ
Акустические исследования, излагаемые в данной диссертации, основаны на одновременных измерениях в одной точке акустического поля скалярной величины акустического давления и трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости частиц среды.
Гидрофон, измеряющий давление, является акустическим преобразователем нулевого порядка; приемник колебательной скорости — преобразователем первого порядка. Совмещение в одном измерительном средстве двух преобразователей различных порядков образует, по определению А.А. Харкевича, комбинированный приемник, который обладает новыми характеристиками, в отличие от входящих в него преобразователей [30]. Первое упоминание о гидроакустическом комбинированном приемнике находится в работе [18]. Приемные устройства, используемые в интенсиметрах фирмы Брюль и Къер [38], построенные на основе двух близкорасположенных преобразователях нулевого порядка (гидрофонах или микрофонах), автор рассматривает как малоразмерные гидрофонные антенны с дипольной диаграммой направленности и к комбинированным приемникам, согласно определению А.А. Харкевича, не относит.
В данных исследованиях применялся четырехкомпонентный комбинированный приемник, состоящий из приемника давления и трехкомпонентного приемника колебательной скорости. Диссертантом были созданы донные и автономные свободнодрейфующие комбинированные измерительные системы