水声学原理第四章课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 海洋中的声传播理论,第十讲,分层介质中的射线声学,第四章 海洋中的声传播理论第十讲 分层介质中的射线声学,本讲主要内容,Snell,折射定律和声线弯曲,声线轨迹,声线传播时间,线性分层介质中的声线图,声强度,聚焦因子,波动理论与射线理论的比较（补充内容）,本讲主要内容Snell折射定律和声线弯曲,Snell,折射定律和声线弯曲,折射定律,声线弯曲,负梯度下声线弯曲,正梯度下声线弯曲,Snell折射定律和声线弯曲负梯度下声线弯曲正梯度下声线弯,Snell,折射定律和声线弯曲,常数的概念：,对于,某条,声线，它是常数，不同的声线，其常数不一定相同。,几何意义：,声线总是向声速减小的方向弯曲。,应用,声线相关参数的求解：,声线曲率半径；,声线轨迹方程；,声线传播距离；,声线传播时间。,Snell折射定律和声线弯曲声线曲率半径；声线轨迹方程；声线,声线轨迹,声线轨迹方程,声速分布,：,相对梯度,：,绝对梯度,：,声速剖面,声线轨迹声速剖面,声线轨迹,声线轨迹方程,曲率半径,声线在,海面处,以掠射角 出射，,声线的,轨迹方程,：,声线轨迹,声线轨迹,声线轨迹方程,声线在,海面处,以,任意掠射角,出射，声线的,轨迹方程,：,声线轨迹,声线轨迹,声线水平传播距离,任意声速分布下,声线经过的,水平距离,：,声线轨迹,声线轨迹,声线水平传播距离,任意声速分布下,声线经过的,水平距离,：,问题,：,声线经过反转点后，水平距离为多少？,X,声线轨迹X,声线轨迹,声线水平传播距离,声线经过反转点 ，将是 的多值函数，此时,水平距离,为：,注意,：反转点处的掠射角为,零,！,声线轨迹,声线轨迹,声线水平传播距离,当梯度为,恒定值,时，声线轨迹为圆弧，则,水平距离,：,声线轨迹,声线轨迹,声线水平传播距离,当梯度为,恒定值,时，声线轨迹为圆弧，则,水平距离,：,通常情况下已知的是声线,经过的垂直距离，因此，,水平距离,的另一种形式为：,(),声线轨迹(),声线轨迹,声线水平传播距离,式为求声线水平传播距离的,基本公式,式为经,反转后,声线水平传播距离的求解公式,式为,恒定梯度,下求声线水平传播距离的公式,式为,恒定梯度,下求声线水平传播距离的又一形式,当声线经过反转点 时，水平传播距离公式可写为：,声线轨迹,声线传播时间,传播时间最基本表达式,：,根据,Snell,定律，传播时间的一般计算式,：,当声速梯度为,恒定值,时，根据,Snell,定律有：,声线传播时间,声线传播时间,传播时间的另一种表达式,：,式为求传播时间的,基本公式,式是对,深度,进行积分的求解公式,式是对,掠射角,进行积分的求解公式,声线传播时间,线性分层介质中的声线图,线性声速分层近似下的声线图,线性分层介质中的声线图,线性分层介质中的声线图,线性声速分层近似下的声线图,各水平层的,传播距离,：,声线,总传播距离,：,说明,：根据 和 可以描绘声线轨迹，它是,不同曲率圆弧,的组合。,线性分层介质中的声线图,线性分层介质中的声线图,四种不同类型声速分布下的声线轨迹,线性分层介质中的声线图,声强度,射线声学计算声强的基本公式：,此时需计算水平距离对声源处声线的掠射角的导数,单层线性分层介质,声强度,声强度,单层线性分层介质,多层线性分层介质,声强度,聚焦因子,定义,：不均匀介质中声强 与均匀介质中的声强 （,球面波扩展声强,）之比。,物理含义,：说明了声能相对,会集程度,：说明射线管束的发散程度,大于,球面波的发散,：说明射线管束发散,小于,球面波的发散,聚焦因子,A,A,聚焦因子,焦散线,当 时，,声强急剧增强，称为,焦散点,，射线声学,不再适用,。射线族上满足 点的,包络,称为,焦散线,。,（,a,）声速剖面；（,b,）射线族的包络线,焦散线,AA聚焦因子,波动理论与射线理论对比,波动理论,射线理论,可以给出声场声压的解析解；,只能给出声场声压的近似解；,不易处理复杂边界条件；,易于处理复杂边界条件；,易于加入源函数；,物理意义简单直观；,计算复杂；,不能处理影区和焦散区附近的声场；,适用于低频远距离浅海。,适用于高频近距离深海。,波动理论与射线理论对比波动理论射线理论可以给出声场声压的解析,本讲作业,:,声线弯曲满足的基本条件是什么？并定性说明它们之间的规律。,海水中声速值从海面的,1500m/s,线性减小到,100m,深处的,1450m/s,。求（,1,）速度梯度；（,2,）从海表面水平出射的声线达到,100m,深处时，水平传播距离为多少？（,3,）上述声线在,100m,深处的掠射角是多少？,本讲作业:,本讲作业,:,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。,聚集因子,F,是如何定义的，它有什么物理意义？举出二个,F1,的场合。,本讲作业:,知识回顾,Knowledge Review,知识回顾Knowledge Review,