水聲學(xué)原理第五章課件

第五章典型傳播條件下的聲場(chǎng)第十一講鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)及表面聲道1CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第五章典型傳播條件下的聲場(chǎng)第十一講鄰近海面的水下點(diǎn)源聲本講主要內(nèi)容第四章小結(jié)鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)表面聲道聲線參數(shù)2CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU本講主要內(nèi)容第四章小結(jié)2CollegeofUnderw0、第四章小結(jié)定解條件第一類齊次邊界條件（絕對(duì)軟）第二類齊次邊界條件（絕對(duì)硬）邊界上密度或聲速的有限間斷（壓力和法向振速連續(xù)）波動(dòng)聲學(xué)簡(jiǎn)正波臨界頻率波導(dǎo)截止頻率簡(jiǎn)正波的特征簡(jiǎn)正波相速度簡(jiǎn)正波群速度3CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU0、第四章小結(jié)定解條件3CollegeofUnderwa0、第四章小結(jié)射線聲學(xué)基本物理量的描述射線聲學(xué)聲線、聲線的傳播時(shí)間、傳播距離、聲能量平面波、球面波的聲線圖程函方程聲線聲學(xué)的應(yīng)用條件Snell折射定律恒定聲速梯度下聲線軌跡方程求解一般采用曲率半徑，結(jié)合平面幾何的方法4CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU0、第四章小結(jié)射線聲學(xué)4CollegeofUnderwa0、第四章小結(jié)射線聲學(xué)恒定聲速梯度下聲線水平傳播距離求解曲率半徑和平面幾何法已知掠射角時(shí)的傳播距離公式已知深度時(shí)的傳播距離公式聲線圖繪制聚焦因子物理意義5CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU0、第四章小結(jié)射線聲學(xué)5CollegeofUnderwa一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)解的表示靠近海面有一點(diǎn)源在S點(diǎn)，接收點(diǎn)在P點(diǎn)，求接收點(diǎn)P處的聲壓。將海面視為絕對(duì)軟的平面，根據(jù)鏡反射原理引入一個(gè)虛源S16CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)解的表示6CollegeofU解的表示

：這里利用平面聲波的反射系數(shù)代替球面波的反射系數(shù)，對(duì)于平整海面來(lái)說(shuō)是正確的。聲壓振幅隨距離的變化一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)7CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU解的表示一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)7CollegeofU解的表示聲壓振幅隨距離的變化則：聲壓振幅近似為：一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)8CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU解的表示一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)8CollegeofU解的表示聲壓振幅隨距離的變化當(dāng)，時(shí)，聲壓取極大值，且幅度為單個(gè)點(diǎn)源的兩倍。：直達(dá)聲與海面反射聲同相疊加。一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)9CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU解的表示一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)9CollegeofU解的表示聲壓振幅隨距離的變化當(dāng)，時(shí)，聲壓取極小值：直達(dá)聲與海面反射聲反相疊加。一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)10CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU解的表示一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)10Collegeof解的表示聲壓振幅隨距離的變化近場(chǎng)菲涅耳（Fresnel）干涉區(qū)向遠(yuǎn)場(chǎng)夫朗和費(fèi)（Fraunhofer）區(qū)過(guò)渡點(diǎn)，即：當(dāng)時(shí)，聲壓振幅為一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)11CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU解的表示一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)11Collegeof一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)解的表示聲壓振幅隨距離的變化

：

菲涅耳區(qū)

夫朗和費(fèi)區(qū)近場(chǎng)菲涅耳區(qū)聲壓振幅起伏變化，遠(yuǎn)場(chǎng)夫朗和費(fèi)區(qū)聲壓振幅單調(diào)變化；對(duì)于非均勻聲速分布，上述干涉現(xiàn)象仍然存在。12CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)解的表示12Collegeof傳播損失定義：近場(chǎng)當(dāng)時(shí)：當(dāng)時(shí)：遠(yuǎn)場(chǎng)一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)

13CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU傳播損失一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)13Collegeof非絕對(duì)反射海面下的聲場(chǎng)解的表示聲壓振幅：傳播損失：此處不是1而是一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng)14CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU非絕對(duì)反射海面下的聲場(chǎng)此處不是1而是一、鄰近海面的水下點(diǎn)源聲二、表面聲道表面聲道聲線參數(shù)：表面聲道如何形成？有何特征？15CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU二、表面聲道表面聲道聲線參數(shù)15CollegeofUnd二、表面聲道聲道的“線性”模型和聲傳播聲速模型由Snell定律知：16CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU二、表面聲道聲道的“線性”模型和聲傳播16Collegeo二、表面聲道反轉(zhuǎn)深度概念：在表面聲道中傳播的聲線發(fā)生反轉(zhuǎn)的深度反轉(zhuǎn)深度處聲線的特點(diǎn)：聲線的掠射角為零

17CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU二、表面聲道反轉(zhuǎn)深度17CollegeofUnderwa反轉(zhuǎn)深度同理：聲線掠射角是小量，反轉(zhuǎn)深度可近似為：二、表面聲道18CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU反轉(zhuǎn)深度二、表面聲道18CollegeofUnderwa二、表面聲道臨界角概念：在表面聲道下邊界發(fā)生反轉(zhuǎn)的聲線，其聲源處和海面處的掠射角都達(dá)到極大值，該角稱為臨界角；該聲線稱為臨界聲線19CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU二、表面聲道臨界角19CollegeofUnderwat臨界角聲源處的臨界角：海面處的臨界角：：1)聲源處掠射角或海面處掠射角的聲線被束縛在聲道內(nèi)傳播，稱為“聲道聲線”；2)未被束縛的聲線越出表面聲道，進(jìn)入深度的水域中，在傳播時(shí)經(jīng)歷海底反射，有較強(qiáng)的衰減，在較遠(yuǎn)距離上可被忽略。

二、表面聲道20CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU臨界角二、表面聲道20CollegeofUnder二、表面聲道跨度概念：聲線在海面相鄰兩次反射點(diǎn)之間的水平距離21CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU二、表面聲道跨度21CollegeofUnderwate跨度已知海面掠射角時(shí)：已知反轉(zhuǎn)深度時(shí)：

：海面處掠射角越大，跨度也越大二、表面聲道22CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU跨度二、表面聲道22CollegeofUnderwate海面處最大掠射角：跨度最大跨度：最小跨度：舉例：由烏德公式可求，，當(dāng)混合層深度時(shí)，臨界聲線海面掠射角和最大跨度分別為：海面處最小掠射角：二、表面聲道23CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU海面處最大掠射角：跨度海面處最小掠射角：二、表面聲道23Co循環(huán)數(shù)N概念：在聲源與接收點(diǎn)之間所容納的不同掠射角聲線跨度的數(shù)目，稱為循環(huán)數(shù)。

假設(shè)聲源和接收器位于海面附近，相距為r，有許多不同循環(huán)次數(shù)的聲線（信道的多途）可以到達(dá)接收點(diǎn)（特征聲線），它們?cè)诤Ｃ嫣幍穆由浣菨M足方程：

特征聲線對(duì)應(yīng)的掠射角為：二、表面聲道24CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU循環(huán)數(shù)N二、表面聲道24CollegeofUnderw循環(huán)數(shù)N循環(huán)數(shù)N越大，聲線越接近海面，相應(yīng)于沿海面?zhèn)鞑サ穆暰€。循環(huán)數(shù)N越大，相鄰聲線的掠射角越接近，聲線越密集，聲能越集中。聲源輻射到層厚內(nèi)的聲能量W與