水声学原理第五章1ppt课件

则：
pR 2 R z2 1zco kz sR 1z jsi k nzR 1z ejkR
声压振幅近似为：
p 2 sink zz1 R R
.
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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
p 2 sink zz1 R R
当
RN
kzz1 N 1
，N0,1,2,时，声压取极大
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
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
.
2
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
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二、表面声道
声道的“线性”模型和声传播 声速模型
c z c s 1 a ,0 z z H ,a 0 csc0 cH c
由Snell定律知：
c0cs1a0z
z0
z0 Baidu Nhomakorabea
cHcs1aH
co0scosscos coH s
c0
cs
c
cH
z
.
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二、表面声道
反转深度
概念：在表面声道中传播的声线发生反转的深度
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 zH 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。
.
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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
Dmax
c
Dmin r
sm
s min
0 0 0m z0 0
H z
对于非均匀声速分布，上述干涉现象仍然存在。
.
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一、邻近海面的水下点源声场
传播损失
定义：
TL 20 lgR20 lgsinkRz1z
近场
当 Rkz1z/(N12)时：TL20lgR
当 Rkz1/z(M ) 时：TL60lgR
远场
R 2k zz1
TL40lgR
.
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一、邻近海面的水下点源声场
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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
c
r
sm
s min
0 0 0m z0 0
H z
.
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二、表面声道
临界角
声源处的临界角： 0m2aHz0
海面处的临界角： sm 2aH
： 1)声源处掠射角 0m 或海面处掠射角 sm的声线
.
5
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
.
6
一、邻近海面的水下点源声场
解的表示
p 1ejk1R 1 ejk2R
R1
R2
：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
R 1R2zz12R12zR 1 22z R2 1z
R2R2zz12R12zR 1 22z R2 1z
( 1 z ) 1 z ( 1 ) ( n 1 )z n n !
.
7
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
p R 1 1 2 z R 1 2 2 R z2 1 z e jk 1R z z 1 2 z R 1 2 2 z R 2 1 z e jk 1R z z e jk e R jz 1 22 R
.
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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
.
4
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
2
值，且幅度为单个点源的两倍。
pmax2/RN ：直达声与海面反射声同相叠加。
.
9
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
pR 2 R z2 1zco pkz sR 1z R2 sjisni kk nz zR Rz11z ejkR
当
RM
k zz1
M
，M1,2,时，声压取极小值
非绝对反射海面下的声场
此处不是1而是
解的表示
p1ejkRzR1 z
jkRz1 z
e R
R
R
声压振幅： pR 1122co2 skRz1z12
传播损失：
T L 2l0 g R 1l0 g 122co 2k R s1 z z
.
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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？
反转深度处声线的特点：声线的掠射角为零
csc0 cH c
D
z0
z0
0 0
zm
z
.
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二、表面声道
反转深度
1coa0 0sz11 am zzma0zac2soi0 2sn20
同理：
2 sin 2 s
zm
2 a cos s
声线掠射角是小量，反转深度可近似为：
zm
z0
02
2a
zm
2 s
2a
.
pmin2z1z/RM 3
：直达声与海面反射声反相叠加。
.
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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
pR 2 R z2 1zco pkz sR 1z R2 sjisni kk nz zR Rz11z ejkR
近场菲涅耳（Fresnel）干涉区向远场夫朗和费
zm D
.
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二、表面声道
跨度 已知海面掠射角 ( s ) 时：
D2sia ncsossisn 2tans/a
已知反转深度 ( z m ) 时：
D
2zmc
tg
s
2
：海面处掠射角越大，跨度也越大
（Fraunhofer）区过渡点，即 maR xN(,RM)：
R0
2k zz1
当 R 2kzz1 时，声压振幅为
p
2kzz1 R2
.
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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
R0
2k zz1
：
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；