水声学原理第五章ppt课件.ppt

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1、第五章 典型传播条件下的声场,第十一讲 邻近海面的水下点源声场及表面声道,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,2,本讲主要内容,第四章小结邻近海面的水下点源声场表面声道声线参数,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,3,0、第四章小结,定解条件第一类齐次边界条件（绝对软）第二类齐次边界条件（绝对硬）边界上密度或声速的有限间断（压力和法向振速连续）波动声学简正波临界频率波导截止频率简正波的特征简正波相速度简正波群速度,College of Underwater Acoustic En

2、gineering HEU,4,0、第四章小结,射线声学基本物理量的描述射线声学声线、声线的传播时间、传播距离、声能量平面波、球面波的声线图程函方程声线声学的应用条件Snell折射定律恒定声速梯度下声线轨迹方程求解一般采用曲率半径，结合平面几何的方法,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,5,0、第四章小结,射线声学恒定声速梯度下声线水平传播距离求解曲率半径和平面几何法已知掠射角时的传播距离公式已知深度时的传播距离公式声线图绘制聚焦因子物理意义,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,

3、6,一、邻近海面的水下点源声场,解的表示 靠近海面有一点源在S点，接收点在P点，求接收点P处的声压。将海面视为绝对软的平面，根据镜反射原理引入一个虚源S1,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,7,解的表示：这里利用平面声波的反射系数代替球面波的反射系 数，对于平整海面来说是正确的。声压振幅随距离的变化,一、邻近海面的水下点源声场,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,8,解的表示声压振幅随距离的变化则：声压振幅近似为：,一、邻近海面的水下点源声场,College of Underw

4、ater Acoustic Engineering HEU,9,解的表示声压振幅随距离的变化当，时，声压取极大值，且幅度为单个点源的两倍。：直达声与海面反射声同相叠加。,一、邻近海面的水下点源声场,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,10,解的表示声压振幅随距离的变化当，时，声压取极小值：直达声与海面反射声反相叠加。,一、邻近海面的水下点源声场,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,11,解的表示声压振幅随距离的变化近场菲涅耳（Fresnel）干涉区向远场夫朗和费（Fraunhof

5、er）区过渡点，即：当 时，声压振幅为,一、邻近海面的水下点源声场,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,12,一、邻近海面的水下点源声场,解的表示声压振幅随距离的变化：菲涅耳区 夫朗和费区近场菲涅耳区声压振幅起伏变化，远场夫朗和费区声压振幅单调变化；对于非均匀声速分布，上述干涉现象仍然存在。,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,13,传播损失定义：近场当 时：当 时：远场,一、邻近海面的水下点源声场,College of Underwater Acoustic Engineeri

6、ng HEU,14,非绝对反射海面下的声场解的表示声压振幅：传播损失：,此处不是1而是,一、邻近海面的水下点源声场,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,15,二、表面声道,表面声道声线参数：表面声道如何形成？有何特征？,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,16,二、表面声道,声道的“线性”模型和声传播声速模型 由Snell定律知：,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,17,二、表面声道,反转深度概念：在表面声道中传播的声线

7、发生反转的深度反转深度处声线的特点：声线的掠射角为零,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,18,反转深度 同理：声线掠射角是小量，反转深度可近似为：,二、表面声道,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,19,二、表面声道,临界角概念：在表面声道下边界发生反转的声线，其声源处和海面处的掠射角都达到极大值，该角称为临界角；该声线称为临界声线,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,20,临界角声源处的临界角：海面处的临界角：1)声源

8、处掠射角 或海面处掠射角 的声线被束缚在声道内传播，称为“声道声线”；2)未被束缚的声线越出表面声道，进入深度 的水域中，在传播时经历海底反射，有较强的衰减，在较远距离上可被忽略。,二、表面声道,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,21,二、表面声道,跨度概念：声线在海面相邻两次反射点之间的水平距离,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,22,跨度已知海面掠射角 时：已知反转深度 时：海面处掠射角越大，跨度也越大,二、表面声道,College of Underwater Acous

9、tic Engineering HEU,23,海面处最大掠射角：,跨度最大跨度：最小跨度：举例：由乌德公式可求，当混合层深度 时，临界声线海面掠射角和最大跨度分别为：,海面处最小掠射角：,二、表面声道,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,24,循环数N 概念：在声源与接收点之间所容纳的不同掠射角声线跨度的数目，称为循环数。假设声源和接收器位于海面附近，相距为r，有许多不同循环次数的声线（信道的多途）可以到达接收点（特征声线），它们在海面处的掠射角满足方程：特征声线对应的掠射角为：,二、表面声道,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,25,循环数N 循环数N越大，声线越接近海面，相应于沿海面传播的声线。循环数N越大，相邻声线的掠射角越接近，声线越密集，声能越集中。声源辐射到层厚 内的声能量W与掠射角有如下关系声源辐射声能主要集中在海表面层附近，类似于“北京天坛的回音壁”。,二、表面声道,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,26,THE END,