CC BY
56
И. И. Микушин
СПОСОБ ДОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРЕННОЙ ЧАСТИ КРИВОЙ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА ДО ДНА
Для решения различных задач гидроакустики необходимо знание вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) от поверхности моря до дна. Современная корабельная аппаратура измеряет ВРСЗ до глубин 500-1000, а в редких случаях - до 2000 метров.
Предлагается способ достроения измеренной части кривой ВРСЗ до дна с использованием массива данных по скорости звука для конкретного района Мирового океана (МО) А, накопленный за более чем вековой период проведения измерений. Весь массив многолетних данных по скорости звука А для конкретного района МО (например, Черное море) разбивается на подмассивы А,-, которые описывают изменчивость поля скорости звука в географическом квадрате (i - номер географического квадрата). Размеры географического квадрата задаются постоянными, например 10 по широте и 10 по долготе. В свою очередь каждый из подмассивов многолетних данных географического квадрата А, аналогично разбивается на группы А у, которые описывают изменчивость поля скорости звука за период года (j - номер периода года), продолжительность которого для одного района МО задается постоянной, например, один месяц. Таким образом, для каждого географического квадрата и каждого периода мы имеем массив данных многолетних наблюдений А у, т.е. кривые ВРСЗ, измеренные в данном месте в заданный период времени в разные годы. Эта информация представляет собой исходную базу данных, используемую для достроения измеренной части ВРСЗ до дна.
Способ достроения заключается в следующем (рис.1 и 2). Пусть кривая ВРСЗ измерена нами каким-либо средством до глубины Н. Для данного географического квадрата и данного сезона сформируем исходную базу данных многолетних наблюдений Ву (2). В массиве В^ находится N кривых ВРСЗ. Для каждой из N кривых найдем точку (Cnmm, Hnmm), где C„mm - минимальное значение скорости звука в данной n-й кривой ВРСЗ на глубине Hnmm Таких точек будет ровно N. Для получившегося набора точек {(Cnmm, Hnmm), n=1,N} найдем средние значения Cmm и Hmm и среднеквадратичные отклонения величин ОС и Он (3).
Полученные значения характеризуют пространственную область возможных нахождений оси залегания подводного звукового канала для данного географического квадрата и данного периода с параметрами Cmm ± ос и Hmm ± оН. Далее для каждого из стандартных горизонтов На (100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500 и 2000 м) находим средние значения скорости звука Са по всему множеству n=1,N из массива В,у (3). Следующим шагом проверяется условие Hmm >Н (4), если оно выполняется, то последнюю точку измеренной части кривой ВРСЗ (С,Н) соединяем с точкой (Cmm,Hmm) (5). Если условие не выполняется, то точка (С,Н) соединяется с точкой (Са,На) с соблюдением условий Н^^1^ оН и С<Са (6). До глубины 2000 м, то кривая ВРСЗ достраивается по рассчитанным точкам (Са,На) (7). Если глубина места измерения составляет более 2000 м, то ВРСЗ до дна достраивается с использованием градиентов скорости звука на больших глубинах Gj (8).
Для проверки предложенного способа достроения измеренной части кривой ВРСЗ до дна был проведен численный эксперимент с помощью ПЭВМ. За основу были взяты непосредственно измеренные кривые ВРСЗ в различных районах МО в различные периоды года (Норвежское море - ВРСЗ №1 и №2, Северная часть Атлантического океана - ВРСЗ №3 и №4, Средиземное море - ВРСЗ №5 и №6) до предельных глубин измерения (1500 - 2000 м), где уже разброс в многолетнем плане по скорости звука минимален. Эти кривые взяты за эталон. Для сравнения взяты эталонные
Нелинейные акустические системы
кривые только в слое 0-400 метров и достроены по предложенному выше алгоритму до дна. Далее для всех кривых ВРСЗ была рассчитана аномалия распространения звука для одинаковых исходных данных, а за критерий оценки выбраны пространственно-энергетические характеристики зоны дальней акустической освещенности (ДЗАО).
С(1)начало^
N Г
/(2) В
\|/
п\т) ^шш тттш ^шш _ тттш _
(3) Расчет Сп , Ип , С , а с, Н , а н, Са
+
Рис.1. Блок-схема способа достроения измеренной части кривой ВРСЗ до дна
С, м/с
Рис.2. Способ достроения измеренной части кривой ВРСЗ до дна
Результаты численного эксперимента приведены в табл. 1 в виде дроби. В числителе приведены пространственно-энергетические характеристики ДЗАО, рассчитанные для эталонной кривой. В числителе наклонной чертой отделены аналогичные результаты тех же характеристик, полученные для соответствующей достроенной кривой ВРСЗ по рассмотренному алгоритму.
Таблица 1
Результаты расчетов пространственно-энергетических характеристик ДЗАО
Номер кривой ВРСЗ Начало ДЗАО, км Погрешность, % Протяженность ДЗАО, км Погрешность, % Максимальное значение аномалии в ДЗАО, дБ Погрешность, %
1 48,5/47,52 9,6/8,88 17,4/18,25
2 40,5/40,50 9/9,88 16,9/17,85
3 61,5/62,52 9/9,99 22/234
4 62,5/62,50 25/24,43 18,5/17,36
5 34,8/33,83 10/1110 14/14,86
6 31/29,55 18,4/19,14 13/12,82
В знаменателе дроби приведены относительные погрешности расчета данных характеристик для достроенной кривой ВРСЗ.
Анализ результатов численного эксперимента показывает, что предложенный алгоритм достроения измеренной части кривой ВРСЗ до дна с использованием многолетних данных позволяет простроить полный профиль ВРСЗ независимо от предельной глубины измерения скорости звука корабельной аппаратурой. Рассмотрение полученных погрешностей позволяет сделать вывод о качестве алгоритма, целесообразности применения его для автоматизированной обработки измеренной части кривой ВРСЗ с использованием статистической базы данных о пространственной изменчивости поля скорости звука в различных районах МО
К.В. Таганова, Н.Н. Чернов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА АКУСТИЧЕСКОЙ КОАГУЛЯЦИИ ТУМАНОВ НА НИЗКИХ ЧАСТОТАХ
Влияние туманов на процесс жизнедеятельности человека особенно заметно в весеннее-осеннее время, когда аэропорты, дороги и посадочные площадки опасны для работы транспорта. Потребность просветления мест интенсивной работы транспорта послужило толчком для поиска эффективных методов рассеяния туманов.
В естественной природе существует способ коагуляции водяных частиц, который проявляется как гром, раскаты которого приводят к укрупнению дождевых капель, а в промышленности он известен как метод акустической коагуляции микронных частиц гидро- и аэрозолей.
Результаты экспериментального исследования просветления туманов на ультразвуковых частотах не позволили широко использовать метод акустической коагуляции из-за затухания волн и, как следствие, больших энергетических затрат при больших объемах озвучиваемого пространства [1]. В последующих теоретических и экспериментальных исследованиях процессов коагуляции была показана эф-
