CC BY
241
Af = А/п .
/l3” Af46 -A/,3 + 1 (15)
6n
,
третьим элементами в случае малых скоростей источника сигнала, определяемая в соответствии с выражениями (13) и (15), позволяет существенно снизить влияние одного из источников погрешности определения координат подводного аппарата -эффекта Доплера.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. - Л.: Судостроение, 1989. - 232с.
2. Бор один В.И.,Смирнов Г.Е.,Толстякова Н.А.Яковлев Г.В. Гидроакустические навигационные средства. - Л.: Судостроение, 1983. - 264с.
3. .. . .2. - .: . . . .- . ., 1988. -
496 .
4. Иро дов И.Е. Задачи по общей физике. - М.: Лаборатория базовых знаний. 2001.
5. Roberts J.L.(1975) An Advanced Acoustic Position Reference System. Proc. 7-th Ann. Offshore Technol. Conf., Houston, Vol. 1. P. 65 -76.
СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ В ПОРИСТЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ СРЕДАХ
МЛ. Чернов
Среди наиболее интересных и актуальных исследований последнего времени, проводимых акустическими методами, является исследование пористых водонасыщенных донных структур естественных водоемов. Наиболее распространенными объектами исследования при этом выступают шельфовые зоны морей и океанов, а также неглубокие водоемы.
Сложность таких исследований всегда заключалась в том, что не удавалось найти , -ем распространяющейся в среде звуковой волны процессы, а провести точные изме-in situ .
распространения звуковых колебаний проводят в предварительно отобранном образце грунта в лабораторных условиях, не обращая внимания на изменения, происходящие в пористой водонасыщенной среде в ходе грунтоотбора, транспортировки и хра-.
, , , частот, характерных для используемых гидроакустических антенн, и не учитывалась способность звука распространяться по стенкам сосуда, ограничивающего взятый .
В настоящее время наибольшее распространение в области математического моделирования процессов распространения акустических колебаний в пористых га-зо- и водонасыщенных средах получила теория Био [1]. Данная теория рассматривает соотношения напряжений и деформаций, вызываемых внешними силами, в частности силой акустической волны, в сложных многокомпонентных средах и процессы изменения структуры скелета пористого материала и акустических параметров ис.
Исходя из рассматриваемой теории плотность р и модуль объемной упругости K пористой водонасыщенной среды являются комплексными и частотно-
зависимыми величинами. На основе данной теории было выполнено математическое моделирование процесса распространения акустического сигнала в одном из наиболее распространённых типов донного грунта мелких морей и шельфовой зоны океана - -стик [2,3]. Расчёт скорости звука выполнялся по следующему выражению:
где р - комплексная, частотно-зависимая эффективная плотность пористой водонасыщенной среды; Кт - комплексная, частотно-зависимая величина модуля объемной упругости пористой водонасыщенной среды.
Рассчитанная по формуле (1) зависимость скорости распространения звуковых колебаний в песчаной водонасыщенной структуре от частоты, для средних значений параметров среды, приведена на рис.1. Из графиков видно, что значение скорости звука в среде неодинаково для различных частот. Это вызвано тем, что с изменением частоты меняется плотность и сжимаемость среды. Распространение звука на низких частотах лишь по раме пористого материала (без участия заполняющей раму ) . , составляют около 100 - 150 м/с. Но, как видно из графиков, заполнение песчаной рамы жидкостью приводит к значительному росту значения скорости распростране-.
Это указывает на то, что звук в основном распространяется в жидкой среде, , . , соответственно уменьшением длины волны, эффективность такой передачи растёт. Чем больше количество длин волн, укладывающихся на определённом отрезке сре-, .
Одними из наиболее существенно изменяющихся в реальных условиях характеристик являются пористость рамы среды и вязкость заполняющей её жидкости. В связи с этим было выполнено исследование изменения скорости распространения звука в среде при различных значениях этих характеристик в широком диапазоне частот звуковых колебаний для песчаной водонасыщенной среды.
На рис.2 представлена зависимость скорости звука от частоты для различных величин пористости рамы.
Из графиков видно, что с увеличением пористости среды наблюдается некоторое снижение скорости распространения звука в области низких частот.
Это вполне объяснимо, так как из-за большей длины волны происходит крупномасштабное колебание пористой структуры, а в условиях большей пористости передача колебаний от одного фронта волны к другому происходит более медленно. На высоких же частотах, когда передача импульса происходит практически от частички к частичке, эта разница мала, и скорость распространения звуковых колебаний для разной пористости среды примерно одинакова.
Графики изменения скорости распространения звука в пористой водонасыщенной среде от частоты, для различных значений вязкости заполняющей её жидкости, представлены на рис.3. Из графиков видно, что влияние вязкостных потерь ведёт к снижению скорости распространения акустического сигнала в среде из-за снижения подвижности частичек скелета и самой жидкости.
Как видно из полученных результатов, скорость распространения акустического сигнала в песчаных водонасыщенных грунтах величина не постоянная и зависит от частоты звуковых колебаний. Более того, полученные в расчётах значения , ,
(1)
с результатами лабораторных измерений, что может быть погрешностью, вызванной распространением звука по стенкам ограничивающего исследуемую пробу сосуда.
Яе С, м/с
1400г
1200
1000
800
600
400
102
Іт с, м/с
10 £ Гц
. 1.
в песчаной водонасыщенной структуре от частоты
Яе С, м/с
Іт с, м/с
. 2.
от частоты для различных значений пористости среды
10
Основными достоинствами использования при проведении акустических исследований данной теоретической модели является появившаяся возможность предсказания основных акустических параметров среды по известным характеристикам её компо-, -ния донных грунтов.
Re c, м/с
Im с, м/с
Рис. 3. Зависимость скорости распространения звука в среде от частоты для различных значений вязкости жидкости
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Biot M.A. Acoustics, elasticity and thermodynamics of porous media./twenty-one papers by Maurice Anthony Biot; Ivan Tolstoy, editor. Published by the Acoustical Society of America, 500 Sunnyside Boulevard Woodbury, New York. 1992. - 265 p.
2. . .
// . « -нейные акустические системы НЕЛАКС - 2003»: Материалы научно-технической конференции. Таганрог. 2003. №6(35).
3. . . -
// . -ский выпуск «Нелинейные акустические системы НЕЛАКС - 2003»: Материалы научно-технической конференции. Таганрог: 2003. №6(35).
МОДЕЛЬ МОНОСТАТИЧЕСКОЙ ДОННОЙ РЕВЕРБЕРАЦИИ, ОБУСЛОВЛЕННОЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ ИСТОЧНИКОМ ЗВУКА АХ. Борисов, С.А. Борисов
В последние годы заметно вырос интерес к решению задач экологического мониторинга донной поверхности и верхнего слоя донных осадков различных водоемов, т.е. к решению задач поиска, обнаружения и распознавания малоразмерных , . объектами могут быть, например, нефтепроводы, газопроводы, кабельные линии, затонувшие жизнеопасные объекты, обломки летательных аппаратов, различных плавсредств и др. Наиболее эффективно эти задачи решаются путем комплексирова-ния различных методов и средств, но основными средствами при этом являются гидроакустические системы поиска, обнаружения и классификации малоразмерных донных и заиленных объектов. Обнаружение малоразмерных объектов на донной поверхности и в толще грунта гидроакустическими средствами происходит на фоне шумов и помех. Особенно сильное влияние оказывают реверберационные помехи.
