水声学原理ppt课件绪论.ppt

《水声学原理ppt课件绪论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水声学原理ppt课件绪论.ppt（51页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、2023/1/14,水声学基础序论,1,水声学基础Fundamental of Underwater Acoustics,2023/1/14,水声学基础序论,2,水声学基础Fundamental of Underwater Acoustics,课程编号：0320040 任课教师：申晓红联系电话：88495836 E-mail:QQ：1121604675,2023/1/14,水声学基础序论,3,课程内容,序论第一章 声学基础第二章 海洋的声学特性第三章 海洋中的声传播第四章 典型传播条件下的声场第五章 声波在目标上的反射和散射第六章 海洋中的混响第七章 水下噪声,2023/1/14,水声学基础序

2、论,4,课程成绩,平时到课：10 平时作业：20考试成绩：70 总 成 绩：100,2023/1/14,水声学基础序论,5,教材及参考资料,参考书目：1 马大猷 编 现代声学理论基础 科学出版社，2004 2 顾金海,叶学千编.水声学基础.国防工业出版社,1980 3.J.尤立克著，洪申译.水声学原理.哈尔滨船舶工程学院出版社，1990,教材名称：刘伯胜，雷家煜编.水声学原理.哈尔滨工程大学出版社,1993,2023/1/14,水声学基础序论,6,课程特点,该课程与以往所学课程在课程内容与教学方法上均有不同，主要表现在：注重数学建模；在数理方程与特殊函数的基础上进行讨论，理论上有难度；注重试验

3、，在试验的基础上进行总结，得出普遍性的理论结果；在教学过程中渗透科学研究的方法。,2023/1/14,水声学基础序论,7,序论,第一讲主要研究内容水声学研究的意义水声学研究的对象水声学发展简史水声的主要应用,2023/1/14,水声学基础序论,8,1.水声学研究的意义,世界地图,2023/1/14,水声学基础序论,9,1.水声学研究的意义,中国版图,2023/1/14,水声学基础序论,10,1.水声学研究的意义,海洋是人类生命的摇篮 生命的源泉，生命的起源，科学探索，深海生命现象海洋是人类赖以生存的宝库海洋资源之多少？几乎人类生存所需要的一切资源，食品、能源、矿物、金属、石油、天然气.探测？勘

4、探方法？开采？海洋是人类生存和发展的主要空间海洋环境的恶化加剧，海洋灾害频繁如何认识海洋？海洋的勘探、调查、监测手段是什么？,2023/1/14,水声学基础序论,11,1.水声学研究的意义,海洋是世界军事争斗的主要战场战争的演变，由陆到海，由海到陆，现在是以海为主。航母，巡航弹，精确制导武器等应用改变了战争的模式。海上军事力量成为军力的主要标志。海上力量的战斗力的基础是生存能力，海上作战的最有效的武器，经过两次世界大战证明，一是潜艇，二是鱼雷。尤其是现在的配备了核打击力量的安静型核动力潜艇、安静型潜艇配备智能鱼雷，成为水面舰艇和地面目标的最主要的威胁。,2023/1/14,水声学基础序论,12

5、,1.水声学研究的意义,潜艇依然是海战的重要作战平台世界上的潜艇按动力可区分为：常规潜艇和核潜艇；按作战任务可区分为：战略导弹潜艇和攻击型潜艇 世界上拥有核潜艇的国家有5个，拥有各型核潜艇150余艘，其中，战略导弹核潜艇近50艘，攻击型核潜艇100余艘 还有近40个国家拥有不同类型的常规潜艇300余艘。拥有常规潜艇数量最多的国家在我们亚洲（朝鲜拥有60艘）,2023/1/14,水声学基础序论,13,1.水声学研究的意义,二战期间，潜艇共击沉作战舰艇381艘，其中战列舰3艘，航空母舰17艘，巡洋舰32艘，驱逐舰122艘，还有其它作战舰艇207艘，击沉各种运输船5000余艘二战中各种舰艇共击沉航空

6、母舰38艘，仅潜艇就击沉17艘被潜艇击沉的潜艇80艘在第二次世界大战中，德国“U-47”号潜艇于1939年10月潜入英国位于苏格兰北部的海军基地，在港内击沉了英国的排水量达33000多吨的大型战列舰“皇家橡树”号，创造了军事史上的奇迹,2023/1/14,水声学基础序论,14,美国美国是世界上潜艇技术领先、数量最多的国家，共拥有潜艇70余艘，全部为核动力潜艇，其中，战略导弹核潜艇近20艘、攻击型核潜艇50余艘,1.水声学研究的意义,美国最新核动力攻击潜艇-海狼号,2023/1/14,水声学基础序论,15,美国“俄亥俄”级战略导弹核潜艇是美国“三维一体”战略核力量的中坚，该级艇是美国至今建造的吨

7、位最大、性能最先进、携带导弹最多的战略导弹核潜艇，水下排水量18750吨，下潜深度400米，水下航速25节，每艘有24 个导弹发射筒,1.水声学研究的意义,美国俄亥俄级核动力导弹潜艇,2023/1/14,水声学基础序论,16,俄罗斯俄罗斯的弹道导弹核潜艇共发展了四代，分别为“台风”级、DI、DII、DIV级，目前在役的有17艘，“台风”级弹道导弹核潜艇是世界上排水量最大的核潜艇，其水下排水量26500吨，水下航速26节，可携带1620枚SS-N-23或SS-N-20型弹道核导弹，每枚可携载10个分弹头，射程可达900010000公里,1.水声学研究的意义,俄罗斯D级弹道导弹核潜艇,2023/1

8、/14,水声学基础序论,17,英国英国是世界上第三个拥有核武器的国家，英国的核力量全部为海基，目前拥有战略导弹核潜艇4艘，每艘可携带16枚“三叉戟”弹道核导弹，每枚可携载14枚分弹头，射程达12000公里,1.水声学研究的意义,英国最新战略核潜艇-警戒,2023/1/14,水声学基础序论,18,法国法国海军的战略导弹核潜艇有三代，第一代“无畏”级、第二代“不屈”级、第三代“胜利”级。目前在役的有5艘，其中“胜利”级水下排水量14335吨、水下航速25节、下潜深度300米，可携带16枚M45型战略核导弹，射程5300公里,1.水声学研究的意义,法国海基核力量中坚-凯旋号核潜艇,2023/1/14

9、,水声学基础序论,19,中国中国潜艇:091型“汉”级攻击核潜艇、092型“夏”级弹道导弹核潜艇、039型“宋”级潜艇,1.水声学研究的意义,中国 092型“夏”级弹道导弹核潜艇,2023/1/14,水声学基础序论,20,1.水声学研究的意义,鱼雷和水雷是目前水下作战的主要兵器鱼雷多种多样制导方式：主动/被动声自导、尾流自导、线导投放方式：潜艇布放、舰艇布放、飞机布放、渔船布放爆炸方式：超高速：超空泡水雷多种多样引爆引信：触发引信、非触发引信布放方式：主动攻击水雷水鱼雷鱼水雷,2023/1/14,水声学基础序论,21,2023/1/14,水声学基础序论,22,2023/1/14,水声学基础序论

10、,23,2023/1/14,水声学基础序论,24,2023/1/14,水声学基础序论,25,2023/1/14,水声学基础序论,26,1.水声学研究的意义,水雷网络,2023/1/14,水声学基础序论,27,1.水声学研究的意义,海军的新型装备 无人水下航行器（UUV）,美国海军于2000年制定UUV发展规划，并于2004年9月和2005年1月两次修订了UUV发展规划。2007年底发布了“无人系统路线图2007-2032”,UUV在其中占重要地位。美计划于2020年前，水下作战武器无人化达到1/3。有研究报告称美海军大力发展专门针对我常规柴油潜艇的UUV，以确保海洋霸权地位。,2023/1/1

11、4,水声学基础序论,28,1.水声学研究的意义,美国最新公布的UUV发展规划中，确定了未来发展的四种UUV形式：便携式：直径大约在7.6厘米23厘米之间，重量小于45kg，便携式UUV可执行的任务包括：特殊目的的情报监视侦察(ISR)、可消耗的通信/导航网络节点(CN3)、极浅水域反水雷、勘察与识别、灭雷以及爆炸物处置。轻型：直径324mm，执行的任务包括：港口ISR、特殊目的海洋调查、移动式CN3、网络攻击和反水雷区域侦察。,重型：直径533mm，执行的任务包括：战术ISR、海洋调查、反水雷、秘密侦察以及作为诱饵。大型：直径超过910mm，排水量月10t，巨型UUV能够执行持续的ISR任务，

12、适用于反潜战、大范围的海洋调查、水雷战、特种作战、爆炸物处置以及“时敏”打击。,海军的新型装备 无人水下航行器（UUV）,2023/1/14,水声学基础序论,29,1.水声学研究的意义,UUV网络,2023/1/14,水声学基础序论,30,1.水声学研究的意义,海军的新型装备 蛙人,2023/1/14,水声学基础序论,31,1.水声学研究的意义,水下作战的主要手段潜艇、鱼雷、水雷、UUV、蛙人等水下战的主要内容潜艇战与反潜战鱼雷攻击与防护水雷战与反水雷水下作战保障先敌发现精确定位隐蔽导航与通信,2023/1/14,水声学基础序论,32,1.水声学研究的意义,先敌发现隐身能力，有效地隐蔽自己而不

13、被敌人发现探测能力精确定位定自己的位置定敌人的位置隐蔽导航与通信隐蔽性是主要的已经有很多进展,2023/1/14,水声学基础序论,33,1.水声学研究的意义,水下的探测、定位、导航和通信如何实现？如何在水下获取信息？,2023/1/14,水声学基础序论,34,1.水声学研究的意义,陆地上的信息获取：光声无线电电磁波是最有效的信息载体探测雷达导航与定位GPS通信有线、无线、卫星通信,2023/1/14,水声学基础序论,35,1.水声学研究的意义,声波是唯一能在海洋中远距离传输信息的信息载体声波的衰减 1分贝/公里，10kHz 频率，（声波的衰减与频率的平方成正比），利用海洋中的波导效应，声波可以

14、传播的更远。电磁波的衰减 4500分贝/公里（每米能量衰减百分之九十），所以海洋中是漆黑的，即使蓝绿激光，能穿透的距离也只有百米量级，并且是水质清澈条件下。,2023/1/14,水声学基础序论,36,2.水声学的研究对象,它是水声工程应用的理论依据，为工程设计提供合适参数。,它对水声物理提出新的内容和要求，为其研究提供新的手段，并促进其发展。,水声工程：,水声物理：,水声学,2023/1/14,水声学基础序论,37,2.水声学研究的对象,水声物理：从水声场的物理特性分析出发，主要研究海水介质及其边界（海底、海面）的声学特性和声波在海水介质中的传播时所遵循的规律，及其对水声设备工作的影响。,海洋

15、环境声特性海水水体海底与海面水声传播混响噪声散射起伏,2023/1/14,水声学基础序论,38,2.水声学研究的对象,水声工程：包括水下声系统和水声技术两方面 水下声系统：是水声换能器及基阵，实现水下声能与电能之间的转换，研究内容主要为换能器材料、结构、制作及其辐射、接收特性等。水声换能器及基阵，周福洪编著 水声技术：广义声波在水中完成某种职能的有关技术。狭义水声信号处理、显示技术，主要研究声 信号在水中传播时的特性和背景干扰（噪声和混响）的统计特性，在此基础 上设计最佳时、频、空处理方案，实现信 号检测，完成目标参数估计和识别。水声信号处理基础，钱秋珊、陆根源编,2023/1/14,水声学基

16、础序论,39,2.水声学研究的对象,水声换能器及基阵,水声换能材料水声换能器设计原理与方法水声换能器工艺声基阵成阵技术水声换能器校准计量,2023/1/14,水声学基础序论,40,2.水声学研究的对象,时频分析自适应技术检测与估计特征提取与识别基阵信号处理波束形成技术信号处理的软硬件实现AD&DA技术，DSP技术,水声信号处理,2023/1/14,水声学基础序论,41,2.水声学研究的对象,例：当发现某海区内潜艇目标时，用飞机向该海区投放某鱼雷。飞机可按设定的时间间隔每组投放若干枚，弹间水平距离400m，各枚鱼雷可分别进行自导，对航速20节内的潜艇目标形成集群攻击。鱼雷的工作过程如图所示，大约

17、以20m/s的速度垂直下行。,设计鱼雷探测装置的声基阵结构、发射信号的类型、频率，并估计目标的方位、距离，以及探测的范围。,2023/1/14,水声学基础序论,42,3.水声学发展简史,水声学的早期研究可以追溯很遥远，因为水声学毕竟是声学的一个重要分支 水声学的诞生需要许多条件，一是需求，二是基础。水声学发展史上的著名事件 海洋探测和海军的需求是水声学发展的两大基本推动力,2023/1/14,水声学基础序论,43,3.水声学发展简史,1490年，达.芬奇摘记中提出用长管听远处航船1827年，瑞士物理学家D.Colladon和法国数学家C.Sturm合作，在日内瓦湖测量了水中的声速。,2023/

18、1/14,水声学基础序论,44,3.水声学发展简史,第一和第二次世界大战期间反潜，法国、英国和美国，主动声纳郎之万振子，夹心石英预应力换能器磁致伸缩换能器电子管振荡器和放大器压电陶瓷透声橡胶水声物理研究，传播，噪声，混响的基本理论潜艇攻击，德国的被动声纳听音系统潜艇隐身技术，消声瓦,2023/1/14,水声学基础序论,45,3.水声学发展简史,二战以后的水声技术与水声学传感器技术拖曳线列阵技术水声信号处理技术水声物理学研究减振降噪与隐身技术,2023/1/14,水声学基础序论,46,3.水声学发展简史,我国的水声事业水声教育西北工业大学哈军工哈船院哈工程北京大学山东海洋学院青岛海洋大学中国海洋

19、大学南京工学院东南大学水声科学研究中科院声学研究所七一五研究所726研究所760研究所水声设备生产721厂，613厂，612厂，6971厂水声测量与试验场760试验场760研究所千岛湖试验场,2023/1/14,水声学基础序论,47,4.水声学的主要应用,军事应用水雷引信声制导鱼雷探雷声纳小目标定位声纳通信声纳航空吊放声纳（浮标声纳）拖曳声纳拖曳线列阵声纳水声导航声纳,2023/1/14,水声学基础序论,48,4.水声学的主要应用,安静型潜艇探测的需求消声瓦使高频回波显著降低，潜艇辐射噪声也主要集中于低频线谱。,2023/1/14,水声学基础序论,49,4.水声学的主要应用,民用测深单波束测深仪多波束测深仪旁视声纳侧扫声纳综合孔径测深仪测速多普勒测速仪（海流计）相关测速仪（海流计）,2023/1/14,水声学基础序论,50,4.水声学的主要应用,鱼探仪助渔设备（诱鱼、计数、跟踪）助潜设备水下定位信标应答器通讯与遥测声控海洋监测,2023/1/14,水声学基础序论,51,4.水声学的主要应用,ATOC-海洋气候声层析,