《水声学》部分习题答案

哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》

一般情况下，声速垂直梯度g为远小于1的量 所以曲率半径较水深大得多

x?2Rd?(2c0d/g)1/2

8 设海水中有恒定负声速梯度，其绝对值为常数g，海面声速为c0，声源深度为d。试求恰巧在海面反转的声线的出射角（与水平线之夹角）？

9 某浅海海域水深40m，海面、海底都是平面。声源深度10m，声速梯度为常数，海面声速为1500m/s，海底处为1480m/s。试计算并画出自声源沿水平方向发出的声线的轨迹，到第二次从海底反射为止。

10 驱逐舰要搜索一艘水中的敌潜艇，海水中声速梯度为-0.1/s，海面声速为1500m/s。驱逐舰的声呐换能器的深度为10m，当换能器的俯角为4.5o时，发现水平距离1000m处的潜艇，问潜艇的深度为多少？

11 一艘潜艇位于180m深处，该处声速为1500m/s。它的声呐换能器在与水平的仰角10o处探测到一水面船只。问船只离潜艇的水平距离是多少？

12 聚集因子F是如何定义的，它有什么物理意义？举出二个F>1的场合。

I?x,z?解：聚集因子F?，其中I是非均匀介质中的声强，I0是按球面波衰减的I0声强，若F?1，表示该处衰减小于球面波规律，反之，则表示该处衰减大于球面波规律。会聚区中和焦散线上F>1。

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第4章 典型传播条件下的声场

1 邻近海面的水下点源声场中的声压振幅随距离变化具有哪些规律？ 2 表面声道的混合层中的声线传播具有那些特点？ 3 什么是反转深度？什么是临界声线和跨度？

4 什么是会聚区和声影区？二者之间声强大小如何？会聚增益是如何定义的？若用波动理论应如何解释会聚现象？ 5 浅海和深海是如何定义的？

6 画出表面声道声速分布，应用射线理论解说明声波在表面波道中远距离传播的原因。

解：下左图为表面声道中的声速分布，表面声道中，以小于临界角发出的声线在声道的某个深度上翻转向海面传播，遇海面又经海面反射向下传播，如是重复以上过程而得以远距离传播。

Csa1Ha2zzCxH

7 分别说明或画图表示表面波道中声强沿深度和水平方向的分布规律。 解：在表面波道中，声强沿水平方向随距离的－次方衰减。声强沿深度的分布如下右图所示。

C球面扩展＋海水吸收声强度HHz0zz声强随深度变化曲线

8 天气晴好，同一台声呐在早晨的作用距离远还是下午的作用距离远，为什么？

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解：早晨时声呐作用距离远，因为此时可能存在表面声道，而下午一般不会形成表面声道。即使不出现表面声道时，早晨的负梯度也小于下午的负梯度，所以早晨的作用距离远于下午，这就是下午效应。

9 画出深海声道声速分布，应用射线理论说明声波在深海声道中远距离传播的原因。

解：深海声道声速分布如下左图所示，由于折射的原因，声线在声道轴上、下不断翻转，如是重复，声能被限制在声道中，并远距离传播。

Cx声道轴zz

10 试推导出以?0角跨过声道轴线的声线的平均水平声速度的表达式。 11 声速分布如下左图，声源位于深度H处，以?H出射的声线在z1,z2深度上翻转，已知cs,a1,a2,z1，求水平距离x。（a1?0,a2?0）

Csa1Ha2zCz1Hz2zxx?H

解：x?x1?x2

C(H)?CS?1?a1H? C?z1??Cs?1?a1z1? cos?H?1?a1H1?co?sH z2?H?

1?a1z1a2co?sH x2?2?z2?H?tgx1?2?H?z1?tg?H2?H2 x?2?z2?z1?tg?H2

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Csa1Ha2zCz1H?Hx1x2z2

12 如下图，点声源位于海面下d1处，它的工作频率f，辐射声压为P0sin??t??0?，接收换能器位于海面下d2处，与声源间的水平距离x，求接收点的声压。

解：接收点的声场是直达声和海面反射声之和。 直达声 P1?P0P??t??0?；海面反射声P2?0sin??t??0???? sinR1R222??2?f R1?x2??d2?d1? R2?x2??d1?d2?

?0是初始相位 ???R2?R1?/C

C一介质中的声速 接收点声场 P?P1?P2

zxd1p1xp2d2

13 声速分布如下左图，声源位于z1处，以?1出射的声线在深度z0处反转。已知

cs,a,z0,z1和z2，求水平距离x。

解：x?x1?x2 x1?2?z1?z0?tg?12 x2?z2?z1

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