水聲學(xué)原理第四章4課件

第四章海洋中的聲傳播理論第十講分層介質(zhì)中的射線聲學(xué)

第四章海洋中的聲傳播理論第十講分層介質(zhì)中的射線聲學(xué)本講主要內(nèi)容Snell折射定律和聲線彎曲聲線軌跡聲線傳播時(shí)間線性分層介質(zhì)中的聲線圖聲強(qiáng)度聚焦因子波動(dòng)理論與射線理論的比較（補(bǔ)充內(nèi)容）本講主要內(nèi)容Snell折射定律和聲線彎曲

Snell折射定律和聲線彎曲折射定律聲線彎曲負(fù)梯度下聲線彎曲正梯度下聲線彎曲Snell折射定律和聲線彎曲負(fù)梯度下聲線彎曲正梯度下聲線彎Snell折射定律和聲線彎曲常數(shù)的概念：

對(duì)于某條聲線，它是常數(shù)，不同的聲線，其常數(shù)不一定相同。幾何意義：

聲線總是向聲速減小的方向彎曲。應(yīng)用——聲線相關(guān)參數(shù)的求解：聲線曲率半徑；聲線軌跡方程；聲線傳播距離；聲線傳播時(shí)間。

Snell折射定律和聲線彎曲聲線曲率半徑；聲線軌跡方程；聲線聲線軌跡聲線軌跡方程

聲速分布：相對(duì)梯度：絕對(duì)梯度：聲速剖面聲線軌跡聲速剖面聲線軌跡聲線軌跡方程曲率半徑①聲線在海面處以掠射角出射，聲線的軌跡方程：聲線軌跡聲線軌跡聲線軌跡方程②聲線在海面處以任意掠射角出射，聲線的軌跡方程：聲線軌跡聲線軌跡聲線水平傳播距離①任意聲速分布下聲線經(jīng)過(guò)的水平距離：聲線軌跡聲線軌跡聲線水平傳播距離①任意聲速分布下聲線經(jīng)過(guò)的水平距離：?jiǎn)栴}：聲線經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)點(diǎn)后，水平距離為多少？X聲線軌跡X聲線軌跡聲線水平傳播距離②聲線經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)點(diǎn)，將是的多值函數(shù)，此時(shí)水平距離為：注意：反轉(zhuǎn)點(diǎn)處的掠射角為零！聲線軌跡聲線軌跡聲線水平傳播距離③當(dāng)梯度為恒定值時(shí)，聲線軌跡為圓弧，則水平距離：

聲線軌跡聲線軌跡聲線水平傳播距離③當(dāng)梯度為恒定值時(shí)，聲線軌跡為圓弧，則水平距離：

通常情況下已知的是聲線經(jīng)過(guò)的垂直距離，因此，④水平距離的另一種形式為：()聲線軌跡()聲線軌跡聲線水平傳播距離①式為求聲線水平傳播距離的基本公式②式為經(jīng)反轉(zhuǎn)后聲線水平傳播距離的求解公式③式為恒定梯度下求聲線水平傳播距離的公式④式為恒定梯度下求聲線水平傳播距離的又一形式當(dāng)聲線經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，水平傳播距離公式③可寫為：聲線軌跡聲線傳播時(shí)間傳播時(shí)間最基本表達(dá)式①：根據(jù)Snell定律，傳播時(shí)間的一般計(jì)算式②：當(dāng)聲速梯度為恒定值時(shí)，根據(jù)Snell定律有：聲線傳播時(shí)間聲線傳播時(shí)間傳播時(shí)間的另一種表達(dá)式③：①式為求傳播時(shí)間的基本公式②式是對(duì)深度進(jìn)行積分的求解公式③式是對(duì)掠射角進(jìn)行積分的求解公式聲線傳播時(shí)間線性分層介質(zhì)中的聲線圖線性聲速分層近似下的聲線圖線性分層介質(zhì)中的聲線圖線性分層介質(zhì)中的聲線圖線性聲速分層近似下的聲線圖各水平層的傳播距離：聲線總傳播距離：說(shuō)明：根據(jù)和可以描繪聲線軌跡，它是不同曲率圓弧的組合。線性分層介質(zhì)中的聲線圖線性分層介質(zhì)中的聲線圖四種不同類型聲速分布下的聲線軌跡線性分層介質(zhì)中的聲線圖聲強(qiáng)度射線聲學(xué)計(jì)算聲強(qiáng)的基本公式：此時(shí)需計(jì)算水平距離對(duì)聲源處聲線的掠射角的導(dǎo)數(shù)單層線性分層介質(zhì)聲強(qiáng)度聲強(qiáng)度單層線性分層介質(zhì)多層線性分層介質(zhì)聲強(qiáng)度聚焦因子定義：不均勻介質(zhì)中聲強(qiáng)與均勻介質(zhì)中的聲強(qiáng)（球面波擴(kuò)展聲強(qiáng)）之比。物理含義：說(shuō)明了聲能相對(duì)會(huì)集程度：說(shuō)明射線管束的發(fā)散程度大于球面波的發(fā)散：說(shuō)明射線管束發(fā)散小于球面波的發(fā)散聚焦因子AA聚焦因子焦散線當(dāng)時(shí)，，聲強(qiáng)急劇增強(qiáng)，稱為焦散點(diǎn)，射線聲學(xué)不再適用。射線族上滿足點(diǎn)的包絡(luò)稱為焦散線。

（a）聲速剖面；（b）射線族的包絡(luò)線—焦散線AA聚焦因子波動(dòng)理論與射線理論對(duì)比波動(dòng)理論射線理論可以給出聲場(chǎng)聲壓的解析解；只能給出聲場(chǎng)聲壓的近似解；不易處理復(fù)雜邊界條件；易于處理復(fù)雜邊界條件；易于加入源函數(shù)；物理意義簡(jiǎn)單直觀；計(jì)算復(fù)雜；不能處理影區(qū)和焦散區(qū)附近的聲場(chǎng)；適用于低頻遠(yuǎn)距離淺海。適用于高頻近距離深海。波動(dòng)理論與射線理論對(duì)比波動(dòng)理論射線理論可以給出聲場(chǎng)聲壓的解析本講作業(yè):聲線彎曲滿足的基本條件是什么？并定性說(shuō)明它們之間的規(guī)律。海水中聲速值從海面的1500m/s線性減小到100m深處的1450m/s。求（1）速度梯度；（2）從海表面水平出射的聲線達(dá)到100m深處時(shí)，水平傳播距離為多少？（3）上述聲線在100m深處的掠射角是多少？本講作業(yè):本講作業(yè):某淺海海域水深40m，海面、海底都是平面。聲源深度10m，聲速梯度為常數(shù)，海面聲速為1500m/s，海底處為1480m/s。試計(jì)算并畫出自聲源沿水平方向發(fā)出的聲線的軌跡，到第二次從海底反射為止。聚集因子F是如何定義的，它有什么物理意義？舉出二個(gè)F>1的場(chǎng)合。本講作業(yè):知識(shí)回顧KnowledgeReview知識(shí)回顧KnowledgeReview第四章海洋中的聲傳播理論第十講分層介質(zhì)中的射線聲學(xué)

第四章海洋中的聲傳播理論第十講分層介質(zhì)中的射線聲學(xué)本講主要內(nèi)容Snell折射定律和聲線彎曲聲線軌跡聲線傳播時(shí)間線性分層介質(zhì)中的聲線圖聲強(qiáng)度聚焦因子波動(dòng)理論與射線理論的比較（補(bǔ)充內(nèi)容）本講主要內(nèi)容Snell折射定律和聲線彎曲

Snell折射定律和聲線彎曲折射定律聲線彎曲負(fù)梯度下聲線彎曲正梯度下聲線彎曲Snell折射定律和聲線彎曲負(fù)梯度下聲線彎曲正梯度下聲線彎Snell折射定律和聲線彎曲常數(shù)的概念：

對(duì)于某條聲線，它是常數(shù)，不同的聲線，其常數(shù)不一定相同。幾何意義：

聲線總是向聲速減小的方向彎曲。應(yīng)用——聲線相關(guān)參數(shù)的求解：聲線曲率半徑；聲線軌跡方程；聲線傳播距離；聲線傳播時(shí)間。

Snell折射定律和聲線彎曲聲線曲率半徑；聲線軌跡方程；聲線聲線軌跡聲線軌跡方程

聲速分布：相對(duì)梯度：絕對(duì)梯度：聲速剖面聲線軌跡聲速剖面聲線軌跡聲線軌跡方程曲率半徑①聲線在海面處以掠射角出射，聲線的軌跡方程：聲線軌跡聲線軌跡聲線軌跡方程②聲線在海面處以任意掠射角出射，聲線的軌跡方程：聲線軌跡聲線軌跡聲線水平傳播距離①任意聲速分布下聲線經(jīng)過(guò)的水平距離：聲線軌跡聲線軌跡聲線水平傳播距離①任意聲速分布下聲線經(jīng)過(guò)的水平距離：?jiǎn)栴}：聲線經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)點(diǎn)后，水平距離為多少？X聲線軌跡X聲線軌跡聲線水平傳播距離②聲線經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)點(diǎn)，將是的多值函數(shù)，此時(shí)水平距離為：注意：反轉(zhuǎn)點(diǎn)處的掠射角為零！聲線軌跡聲線軌跡聲線水平傳播距離③當(dāng)梯度為恒定值時(shí)，聲線軌跡為圓弧，則水平距離：

聲線軌跡聲線軌跡聲線水平傳播距離③當(dāng)梯度為恒定值時(shí)，聲線軌跡為圓弧，則水平距離：

通常情況下已知的是聲線經(jīng)過(guò)的垂直距離，因此，④水平距離的另一種形式為：()聲線軌跡()聲線軌跡聲線水平傳播距離①式為求聲線水平傳播距離的基本公式②式為經(jīng)反轉(zhuǎn)后聲線水平傳播距離的求解公式③式為恒定梯度下求聲線水平傳播距離的公式④式為恒定梯度下求聲線水平傳播距離的又一形式當(dāng)聲線經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，水平傳播距離公式③可寫為：聲線軌跡聲線傳播時(shí)間傳播時(shí)間最基本表達(dá)式①：根據(jù)Snell定律，傳播時(shí)間的一般計(jì)算式②：當(dāng)聲速梯度為恒定值時(shí)，根據(jù)Snell定律有：聲線傳播時(shí)間聲線傳播時(shí)間傳播時(shí)間的另一種表達(dá)式③：①式為求傳播時(shí)間的基本公式②式是對(duì)深度進(jìn)行積分的求解公式③式是對(duì)掠射角進(jìn)行積分的求解公式聲線傳播時(shí)間線性分層介質(zhì)中的聲線圖線性聲速分層近似下的聲線圖線性分層介質(zhì)中的聲線圖線性分層介質(zhì)中的聲線圖線性聲速分層近似下的聲線圖各水平層的傳播距離：聲線總傳播距離：說(shuō)明：根據(jù)和可以描繪聲線軌跡，它是不同曲率圓弧的組合。線性分層介質(zhì)中的聲線圖線性分層介質(zhì)中的聲線圖四種不同類型聲速分布下的聲線軌跡線性分層介質(zhì)中的聲線圖聲強(qiáng)度射線聲學(xué)計(jì)算聲強(qiáng)的基本公式：此時(shí)需計(jì)算水平距離對(duì)聲源處聲線的掠射角的導(dǎo)數(shù)單層線性分層介質(zhì)聲強(qiáng)度聲強(qiáng)度單層線性分層介質(zhì)多層線性分層介質(zhì)聲強(qiáng)度聚焦因子定義：不均勻介質(zhì)中聲強(qiáng)與均勻介質(zhì)中的聲強(qiáng)（球面波擴(kuò)展聲強(qiáng)）之比。物理含義：說(shuō)明了聲能相對(duì)會(huì)集程度：說(shuō)明射線管束的發(fā)散程度大于球面波的發(fā)散：說(shuō)明射線管束發(fā)散小于球面波的發(fā)散聚焦因子AA聚焦因子焦散線當(dāng)時(shí)，，聲強(qiáng)急劇增強(qiáng)，稱為焦散點(diǎn)，射線聲學(xué)不再適用。射線族上滿足點(diǎn)的包絡(luò)稱為焦散線。

（a）聲速剖面；（b）射線族的包絡(luò)線—焦散線AA聚焦因子波動(dòng)理論與射線理論對(duì)比波動(dòng)理論射線理論可以給出聲場(chǎng)聲壓的解析解；只能給出聲場(chǎng)聲壓的近似解；不易處理復(fù)雜邊界條件；易于處理復(fù)雜邊界條件；易于加入源函數(shù)；物理意義簡(jiǎn)單直觀；計(jì)算復(fù)雜；不能處理影區(qū)和焦散區(qū)附近的聲場(chǎng)；適用于低頻遠(yuǎn)距離淺海。適用于高頻近距離深海。波動(dòng)理論與射線理論對(duì)比波動(dòng)理論射線理論可以給出聲場(chǎng)聲壓的解析本講作業(yè):聲線彎曲滿足的基本條件是什么？并定性說(shuō)明它們之間的規(guī)律。海水中聲速值從海面的1500m/s線性減小到100m深處的1450m/s。求（1）速度梯度；（2）從海表面水平出射的聲線達(dá)到100m深處時(shí)，水平傳播距離為