Физические основы подводной акустики

В книге рассматриваются вопросы распространения и поглощения звука в морской воде, а также его отражения от различных подводных препятствий. Приводятся результаты исследований рассеяния звука неоднородностями в толще воды, поверхностью или дном моря. Рассматривается прохождение звука через кильватерную струю и отражение от нее сигналов гидролокаторов.
Книга рассчитана на широкий круг специалистов, работающих в области гидроакустики, а также студентов и преподавателей высших учебных заведений.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие от редактора перевода
Из предисловия авторов
ЧАСТЬ I РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В МОРЕ
Глава 1. Введение
1. Необходимость изучения распространения звука в море
2. Природа звука .
Глава 2. Волновая акустика
1. Основные уравнения
а. Уравнение неразрывности
б. Уравнение движения
в. Уравнение сил для идеальной жидкости
г: Уравнение состояния
2. Волновое уравнение для идеальной жидкости
3. Простейшие типы звуковых волн
а. Плоские волны
б. Синусоидальные волны
в. Сферические волны
4. Свойства звуковых волн
а. Зависимость давления от скорости жидкости
б. Звуковая энергия и интенсивность звука
в. Комплексное представление синусоидальных колебаний
г. Источники звука
5. Звуковые волны в вязкой жидкости
6. Влияние границ раздела сред
а. Условия прохождения звуковой волны и граничные условия
б. Отражение и преломление плоских волн
в. Однородная среда с одной границей
7. Теория нормальных волн
а. Плоские волны в пространстве с параллельными плоскими границами
б. Общий случай волн в среде с параллельными плоскими границами
в. Интенсивность как функция распределения фазы
8. Принцип взаимности
9. Недостатки волновой трактовки
Глава 3. Лучевая акустика
1. Волновые фронты и лучи
а. Сферические волны
б. Общий случай волн
2. Основные уравнения
а. Дифференциальные уравнения волновых фронтов
б. Дифференциальные уравнения лучей
3. Лучевые картины при наличии градиента скорости
а. Вывод уравнений луча
б. Применение лучевых расчетов для коррекции глубины
4. Расчет интенсивности звука
а. Общие формулы для изменения интенсивности вдоль луча
б. Приложения
5. Лучевые картины и кривые равной интенсивности
а. Методы построения
б. Лучевые картины для различных видов распределения температуры по глубине
в. Кривые равной интенсивности
6. Законность лучевой акустики
а. Волновые фронты эйконала и обобщенные волновые фронты
б. Интенсивность звука
7. Зоны тени и дифракция
Глава 4. Методика измерений
1. Определение ослабления при распространении
2. Метод измерения прямого звука
а. Излучатели и приемники звука
б. Морская методика измерений
в. Обработка результатов
3. Метод измерения отраженного сигнала
Глава 5. Распространение звука в глубоком море
1. Факторы, определяющие распространение звука в глубоком море
а. Вертикальное распределение температуры и расчетные лучевые картины
б. Изменчивость вертикальных температурных градиентов
в. Классификация батитермограмм
2. Распространение звука в изотермическом слое
а. Влияние мнимого источника
б. Поглощение звука
в. Изменчивость ослабления при распространении звука
г. Распространение звука на малых расстояниях
3. Распространение звука из изотермического слоя через слой скачка
а. Влияние слоя скачка на частоте 24 кгц
б. Распространение звука на частоте 60 кгц
4. Распространение звука при отрицательном градиенте вблизи поверхности
а. Резкие температурные градиенты в верхнем слое толщиной 9 м
б. Слабые температурные градиенты в верхнем слое толщиной 9 м
в. Распространение звука на частоте 60 кгц
Глава 6. Распространение звука в мелком море
1. Факторы, определяющие распространение звука в мелком море
а. Влияние дна моря
б. Влияние градиента скорости и силы ветра
в. Влияние частоты на рассеяние звука
2. Акустические свойства морского дна
а. Типы морских грунтов
б. Результаты исследований на частоте 24 кГц
3. Распространение на звуковых частотах
а. Исследования в района Лонг-Айленда
б. Измерения в Тихом океане
в. Выводы
Глава 7. Флюктуации интенсивности
1. Наблюдаемые флюктуации
а. Величина флюктуаций
б. Распределения вероятности
в. Скорость флюктуаций
г. Пространственная картина флюктуаций
2. Причины флюктуаций
а. Бортовая и килевая качка корабля
б. Интерференция
в. Фокусирующие действия микроструктуры
г. Выводы
Глава 8. Взрывные источники звука
1. Последовательность явлений при подводном взрыве
2. Ударные фронты
3. Возникновение и затухание ударных волн
4. Вторичные волны давления
5. Отражение от поверхности и кавитация
Глава 9. Распространение взрывных звуков в море
1. Распространение в глубокой воде на малых расстояниях
а. Затухание и изменение формы импульса
б. Влияние рефракции
в. Зоны, тени и дифракция
г. Результаты анализа по Фурье
2. Распространение взрывных звуков на большие расстояния в звуковом канале в глубоком море
а. Глубоководный звуковой канал
б. Экспериментальные результаты
3. Отражение от дна и распространение в мелкой воде
а. Коэффициенты отражения и времена прихода
б. Упрощенная теория нормальных волн
в. Анализ экспериментальных данных
Глава 10. Выводы
1. Основные определения
2. Распространение звука в глубоком море
3. Распространение звука в мелком море
4. Флюктуации
ЧАСТЬ II РЕВЕРБЕРАЦИЯ
Глава 11. Введение
1. Определение понятия реверберации
2. Элементарные свойства реверберации
Глава 12. Теория интенсивности реверберации
1. Рассеяние звука
2. Объемная реверберация
3. Поверхностная реверберация
4. Донная реверберация
5. Допущения
а. Усредненная интенсивность реверберации
б. Коэффициент рассеяния в сбратном направлении
в. Длительность рассеяния отдельным рассеивателем
г. Пренебрежение вторичным рассеянием
д. Принцип Ферма и принцип обратимости
е. Влияние отражений от поверхности моря
Глава 13. Методика измерений
1. Аппаратура и методы измерений
2. Анализ записей
Глава 14. Реверберация в глубоком море
1. Излучение под углом
2. Горизонтальное излучение
3. Усредненные уровни реверберации
4. Коэффициент рассеяния для слоя пузырьков
Глава 15. Реверберация в мелком море
1. Качественное описание донной реверберации
2. Влияние рефракции
3. Коэффициент рассеяния от дна
4. Усредненные уровни интенсивностей донной реверберации при горизонтальной ориентировке преобразователей
Глава 16. Флюктуации и частотные характеристики
1. Флюктуации
2. Когерентность реверберации
3. Частотный анализ реверберации, вызванной узкополосной посылкой
4. Реверберация от широкополосных посылок
Глава 17. Выводы
1. Определения
2. Объемная реверберация
3. Поверхностная реверберация
4. Донная реверберация
5. Флюктуации и частотные характеристики
ЧАСТЬ III ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКА ОТ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК И НАДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ
Глава 18. Введение
Глава 19. Сила цели и определяющие ее факторы
1. Определение силы цели
2. Сила цели сферы
3. Влияние длительности посылки
а. Длинные посылки
б. Короткие посылки
Глава 20. Теория отражения звука от различных препятствий
1. Звуковое давление в отраженной волне
2. Зоны Френеля
3. Сила цели простых объектов
а. Сфера
б. Произвольная выпуклая поверхность
в. Цилиндр
г. Отражение на близких расстояниях
4. Отражение от подводных лодок
5. Незеркальное отражение
6. Влияние длительности посылок
Глава 21. Методика непосредственных измерений
1. Принципы непосредственного измерения
2. Методика измерений
а. Измерения в Сан-Диего
б. Измерения в Нью-Лондоне
в. Измерения в Вудс-Холле
г. Измерения в Харварде
д. Измерения в Форт-Лодердейле
3. Обработка результатов измерений
4. Ошибки калибровки
5. Влияние ослабления при распространении
а. Методы измерений
б. Несоответствие измерений ослабления при распространении
в. Отражение от поверхности
6. Непостоянство эхо-сигналов
а. Вариации
б. Флюктуации
в. Уровень и структура эхо-сигналов
г. Отношение пиковых значений интенсивности эхо к средним значениям
Глава 22. Методика косвенных измерений
1. Принципы косвенных измерений
2. Сила цели подводной лодки
3. Влияние длины волны
4. Различия в методах измерений
Глава 23. Сила цели подводных лодок
1. Зависимость силы цели от курсового угла подводной лодки
а. Курсовой угол
б. Угол места
2. Зависимость от типа лодки
а. Непосредственные измерения
б. Косвенные измерения
в. Асимметрия
3. Зависимость силы цели от скорости хода подводной лодки
4. Зависимость силы цели от расстояния
5. Зависимость силы цели от длины посылки
6. Зависимость силы цели от частоты
7. Влияние гидрологических условий
8. Структура эхо-сигнала
Глава 24. Сила цели надводных кораблей
1. Методика измерений
2. Зависимость силы цели от курсового угла
3. Зависимость силы цели от расстояния
4. Зависимость силы цели от скорости хода
5. Зависимость силы цели от типа корабля
6. Зависимость силы цели от длительности посылки и частоты
Глава 25. Выводы
1. Определение силы цели
2. Бортовые эхо-сигналы от погруженных подводных лодок
3. Небортовые эхо-сигналы от погруженных подводных лодок
4. Эхо-сигналы от надводных кораблей
ЧАСТЬ IV АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИЛЬВАТЕРНЫХ СТРУЙ
Глава 26. Введение
1. Понятие о кильватерной струе
2. Роль кильватерных струй
Глава 27. Образование и распад воздушных пузырей
1. Образование пузырей при кавитации
а. Механизм кавитации у гребных винтов
б. Изменение размеров пузырей
2. Пловучесть и скорость всплытия пузырей
3. Внесенный воздух
Глава 28. Акустическая теория пузырей
1. Рассеяние звука на одиночном идеальном воздушном пузыре
2. Рассеяние и поглощение звука на реальном пузыре
3. Распространение звука в жидкости с большой концентрацией пузырей
а. Общая теория
б. Распространение звука сквозь область, содержащую пузыри
в. Рассеяние звука
г. Отражение и преломление звука
д. Экспериментальные данные о влиянии пузырей на акустические свойства среды
Глава 29. Распределение скоростей и температур в кильватерных струях
1. Распределение скоростей в кильватерных струях
2. Распределение температур в кильватерных струях
3. Рассеяние звука на неоднородностях скорости и температуры
а. Влияние неоднородностей температур
б. Влияние неоднородностей скоростей
Глава 30. Методика исследования кильватерных струй
1. Прослушивание и гидролокация
2. Методика исследований
а. Ошибки наведения
б. Калибровка в реальных условиях
в. Влияние гидрологических факторов
Глава 31. Геометрия ккльватерных струй
1. Геометрия кильватерных струй по данным аэрофотосъемки
2. Скорость расширения кильватерной струи
3. Измерения с помощью эхолота
а. Кильватерные струи от надводных кораблей
б. Кильватерные сгруи от подводных лодок
Глава 32. Распространение звука сквозь кильватерные струи
1. Определения
2. Методика измерений
3. Ослабление звука при распространении сквозь кильватерные струи
4. Ра;пространение звука вдоль кильватерных струй
5. Ослабление звука при распространении в кильватерных струях, создаваемых моделями гребных винтов
Глава 33. Эхо-сигналы от кильватерных струй
1. Понятие об акустической силе кильватерной струи
а. Сила цели струи и акустическая сила струи
б. Зависимость акустической силы кильватерной струи от ее физических параметроз
в. Определение акустической силы кильватерной струи
г. Скорость уменьшения акустической силы кильватерной струи
2. Обоснование параметров аппаратуры
а. Направленность преобразователя
б. Длительность посылок
в. Частота
3. Эхо-сигналы от кильватерных струй подводных лодок
4. Эхо-сигналы от кильватерных струй надводных кораблей
а. Гидролокационные измерения кильватерных струй
б. Измерения в глубоких водах
5. Эхо-сигналы от кильватерных струй, создаваемых моделями гребных винтов
Глава 34. Влияние пузырей на акустические свойства кильватерных струй
1. Доказательство существования воздушных пузырей в кильватерных струях
2. Распространение звука сквозь кильватерные струи
3. Эхо-сигналы от кильватерных струй
а. Надводные корабли
б. Подводные лодки
в. Модели гребных винтов
4. Затухание кильватерных струй
Глава 35. Выводы
1. Геометрия кильватерных струй
2. Поглощение звука в кильватерных струях
3. Эхо-сигналы от кильватерных струй
Приложение