Исследование коэффициента прохождения сферических звуковых волн из воды в воздух

• Автор: Волощенко, Александр Петрович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 192 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ИССЛЕДОВАНИЯМ ВОПРОСА ВЗАИМОВЛИЯНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В МОРСКОЙ И ВОЗДУШНОЙ СРЕДАХ
1.1 Прохождение акустических волн из воздуха в воду
1.2 Прохождение акустических волн из воды в воздух
1.3 Выводы
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОХОЖДЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН ЧЕРЕЗ ГРАНИЦУ РАЗДЕЛА ВОДА-ВОЗДУХ
2.1 Прохождение плоских волн через границу раздела вода-воздух..
2.2 Разложение сферической волны по плоским волнам
2.3 Разработка математической модели прохождения сферических волн через границу раздела вода-воздух
2.4 Вклад ближнего поля сферического источника в прохождение акустических волн через границу раздела вода-воздух
2.5 Выводы
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОХОЖДЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН ЧЕРЕЗ ГРАНИЦУ РАЗДЕЛА ВОДА-ВОЗДУХ
3.1 Цели и задачи экспериментальных исследований
3.2 Разработка измерительного стенда и условия проведения экспериментов
3.3 Методики проведения измерений и экспериментальных исследований в условиях гидроакустического бассейна
3.4 Оценка погрешностей при проведении измерений и экспериментальных исследований
3.5 Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований
3.6 Выводы

4 ПОДХОДЫ И ПРИНЦИПЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ИЗ ВОДНОЙ СРЕДЫ
4.1 Пути практического применения полученных результатов
4.2 Принципы передачи информации по акустическому каналу связи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ

Вопросы распространения звука вблизи границ раздела сред с разными волновыми сопротивлениями являются одними из ключевых в акустике. Граница раздела вода-воздух препятствует передаче акустического давления между этими средами т.к. по своим акустическим свойствам близка к идеально отражающей. Началом активных исследований вопроса связи акустических полей в водной и воздушной среде можно считать середину 20-го века. Именно в то время появились первые теоретические работы [1, 2], позволяющие качественно и количественно описать законы прохождения акустических волн из воздуха в воду и наоборот. Практический интерес к изучению волновых процессов на границе раздела вода-воздух был связан с шумами, создаваемыми вертолетами, винтовыми самолетами, сверхзвуковым транспортом и т.д. Исследовались способы акустического обнаружения и измерения дальности до самолета с подводной платформы, а также возможное негативное влияние данных шумов на морскую флору и фауну [23, 24, 44, 51-54, 56, 62, 67, 68, 70]. Поэтому основные теоретические и экспериментальные исследования прохождения звука через границу раздела, сосредотачивались на изучении акустического поля в воде, которое образуется в результате действия воздушных источников [1-75]. Изучению формирования акустического поля в воздухе благодаря мощным подводным источникам, уделялось гораздо меньше внимания [2, 5, 27, 28, 30, 31, 36, 37, 39, 72-74, 76-94]. Это связанно с тем, что согласно общепринятому мнению, прохождение акустического давления через границу раздела вода-воздух крайне мало и определяется только соотношением акустических импедансов соприкасающихся сред. Эти утверждения опираются на анализ отражения плоских волн и подтверждаются лучевой теорией в случае точечного источника звука. Однако лучевая теория, представляя частный случай волновой, не применима на расстояниях меньше длины волны от источника при рассмотрении прохождения из воды в воздух сферической или

установленным вблизи над границей раздела, а затем гидрофоном, расположенным под поверхностью моря. Преобладающие частоты в спектре на каждом акустическом датчике соответствуют спектральной линии лопастей пропеллера. Метод оценки частоты применен к акустическим данным от каждого датчика так, чтобы доплеровский сдвиг частоты во вращении лопасти мог наблюдаться в кратковременных интервалах во время полета самолета сверху. Каждый измеряемый временной интервал сопоставлен с лучевыми расчетами, сделанными на основе простейшей математической модели для плоской границы раздела сред. Результаты моделирования с большой степенью точности предсказывают экспериментальные зависимости. У сигнала принятого микрофоном, амплитуда доплеровского сдвига частоты и время перехода от верхней доплеровской частоты до нижней доплеровской частоты гораздо больше, чем для сигнала принятого гидрофоном.
Целью работы [45] является построение и исследование нестационарных нормальных волн, возбуждаемых в океане переменной глубины источником, движущимся в атмосфере. Скорость звука в атмосфере предполагается постоянной, а в воде зависит от глубины медленных горизонтальных координат и медленного времени. Источник излучает сигнал переменной амплитуды и фазы и движется со скоростью, меньшей скорости звука в жидкости.
В статье [46] рассматривается задача о вычислении в водном слое звукового поля, порожденного точечным источником, движущимся в атмосфере. Скорость звука в атмосфере предполагается постоянной. Глубина водного слоя плавно меняется в горизонтальных направлениях. Скорость звука в водном слое зависит от вертикальной координаты и плавно изменяется в горизонтальных направлениях и во времени. Источник излучает сигнал переменной амплитуды и фазы и движется со скоростью, меньшей скорости звука в воде. Общие формулы для нестационарных нормальных волн, возбуждаемых движущимся источником, были получены в