《水声学》部分习题答案.doc

《水声学习题集参考答案》 水声工程学院 水声学课程组编 哈尔滨工程大学 目 录 绪论………………………………………………………………………1 第1章 声学基础………………………………………………………...2 第2章 海洋声学特性…………………………………………………...2 第3章 海洋中的声传播理论……...........................................................3 第4章 典型传播条件下的声场………………………………………...6 第5章 声波在目标上的反射和散射………………………………….10 第6章 海洋中的混响………….............................................................14 第7章 水下噪声………………….........................................................17 第8章 声传播起伏…………………………………………………….20 第9章 声纳方程的应用……………………………………………….20 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。 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。 第1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2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。 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：，前一项为几何衰减，后一项为物理衰减。 开阔水域适用 表面声道和深海声道中适用 计及海底吸收时浅海均匀声道适用 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+R 开阔水域适用 TL=10lgR+R 表面波道和深海声道中适用 TL=15lgR+R 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 略 略 第3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