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《水声学》部分习题参考答案
绪论
略
略
略
略
环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰,在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的?
解:根据水文条件及声呐使用场合,画出回声信号级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级
随距离变化的曲线,如下图,然后由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲线的交点所对应的距离来确定混响是主要干扰,还是噪声为主要干扰,如下图,rRrn,所以混响是主要干扰。
声信号级
回声信号级
混响掩蔽级噪声掩蔽级
rR rn
距离r
工作中的主动声呐会受到哪些干扰?若工作频率为 1000Hz,且探测沉底目标,则该声呐将会受到哪些干扰源的干扰。
解:工作中的主动声呐受到的干扰是:海洋环境噪声、海洋混响和自噪声,若工作频率为1000Hz,干扰来自:风成噪声、海底混响、螺旋桨引起的自噪声及水动力噪声。
已知混响是某主动声呐的主要干扰,现将该声呐的声源级增加10dB,问声呐作用距离能提高多少?又,在其余条件不变的情况下,将该声呐发射功率增加一倍,问作用距离如何变化。(海水吸收不计,声呐工作于开阔水域)
解:对于受混响干扰的主动声呐,提高声源级并不能增加作用距离,因为此时信混比并不改变。在声呐发射声功率增加一倍,其余条件不变的情况下,作用距离
变为原距离的
倍,即R
42
42
42R。
第一章声学基础
什么条件下发生海底全反射,此时反射系数有什么特点,说明其物理意义。解:发生全反射的条件是:掠时角小于等于全反射临界角,界面下方介质的声速大于界面上方介质的声速。发生全反射时,反射系数是复数,其模等于1,虚部和实部的比值给出相位跳变角的正切,即全反射时,会产生相位跳变。
略
略
第二章海洋声学特性
海水中的声速与哪些因素有关?画出三种常见的海水声速分布。
解:海水中的声速与海水温度、密度和静压力(深度)有关,它们之间的关系难以用解析式表达。
C浅海负梯度深海声道C C
C
浅海负梯度
深海声道
表面声道
z z z
略
略
略
略
声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。(1)说明原因;(2)解释什么叫物理衰减?什么叫几何衰减?(3)写出海洋中声传播损失的常用TL表达式,并指明哪项反映的主要是几何衰减,哪项反映的主要是物理衰减;(4)试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。
解:声波传播时强度衰减原因:声波在传播过程中,波阵面逐渐扩展;海水介质
的吸收和海水介质中不均匀性的散射。物理衰减是指声波的机械能转变成其它形式的能量引起的声波衰减。几何衰减是指声波传播中波阵面扩张引起声强减少。海洋中传播损失表达式为:TL?nlgR??R,前一项为几何衰减,后一项为物理衰减。
TL?20lgR??R 开阔水域适用
TL?10lgR??R 表面声道和深海声道中适用
TL?15lgR??R 计及海底吸收时浅海均匀声道适用
TL?40lgR??R 偶极子声源远场适用
声呐A,B有相等的声源级,但声呐A工作频率fA高于声呐B工作频率fB,
问哪台声呐作用距离远,说明原因。
解:声呐B工作距离远,因为它的工作频率较低,海水吸收小,所以作用距离较远。
略
声波在海洋中传播时,其声强会逐渐衰减,说明原因。列举三种常用传播损失表达式,并说明适用条件。
解:声波传播时强度衰减的原因:声波传播过程中,波阵面逐渐扩展;海水介质
的吸收和海水介质中不均匀性的散射。
TL=20lgR+?RTL=10lgR+?R
TL=15lgR+?R
开阔水域适用
表面波道和深海声道中适用
适用计及海底吸收时的浅海均匀声道
TL=40lgR+?R
适用偶极声源远场
10略
11略
第三章海洋中的声传播理论
略
说明射线声学的基本方程、适用条件及其局限性,并说明球面波和柱面波传播时声线的传播方向。
解:射线声学是波动声学的高频近似,适用高频条件和介质不均匀性缓慢变化的情况,但它不适用影区,焦散线。柱面声波的声线垂直于柱的侧面,球面声波的
声线垂直于球面。
水平分层介质中的“程函方程”表示如何?若海水中的声速分布如下图,试画出几条典型声线轨迹图。
解:(1)波动方程:?2p?k2p?0
声压解的形式:p?x,y,z??A?x,y,z?e?ik0??x,y,z?
其中,k?kn?x,y,z?
? 0 ?
程函:? x,y,z
在?2AA??1条件下,可得
程函方程:????x,y,z?2?n2?x,y,z?
强度方程:???A?????2??
2?A????0
A
适用条件:介质中声速(或折射率n)在波长范围内相对变化很小;声
波强度在波长范围内
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