-1 -
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................ 3
ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ СТРАТИФИКАЦИИ ВЕТРА И ТЕМПЕРАТУРЫ 11А ПАРАМЕТРЫ ГЕОМЕТРИИ АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
АТМОСФЕРЫ...........................................................12
§1.1. Основные соотношения геометрической акустики неоднородной
движущейся среды (обзор) ................................... 14
§1.2. Система лучевых уравнений в случае акустического зондирования
атмосферы и методология ее решения...........................2 5
§1.3. Рефракционные формулы при моностатическом зондировании......2 9
§1.4. Рефракционные формулы при бнстатическом зондировании........33
§1.5. Точностные характеристики рефракционных формул..............41
§1.6. Выводы......................................................4 5
ГЛАВА 2. ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА В ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ АКУСТИКЕ
НЕОДНОРОДНОЙ ДВИЖУЩЕЙСЯ СРЕДЫ.......................................4 7
§2.1. Общее решение...............................................49
§2.2. Формула для акустического эффекта Доплера в трехмерно-неодно-
родной движущейся среде......................................50
§2.3. Случай стратифицированной среды.............................55
§2.4. Поперечный эффект Доплера в акустике движущихся сред........57
§2.5. Известные формулы для описания эффекта Доплера в акустике 65
§2.6. Выводы......................................................68
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ СТРАТИФИКАЦИИ ВЕТРА И ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ ДОПЛЕРОВСКОГО СДВИГА ЧАСТОТЫ И РАЗНОСТИ ФАЗ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
АТМОСФЕРЫ...........................................................69
§3.1. Формулы для оценивания рефракционных ошибок измерений скорости
ветра в донлеровских акустических локаторах..................69
§3.2. Численные оценки рефракционных ошибок измерений скорости ветра
в доплсровских акустических локаторах........................7 7
- 2 -
§3.3. Физические возможности определения угла прихода звуковой волны методом фазовой пеленгации в случае движения источника в неоднородной движущейся среде.................................................86
§3.4. Алгоритмы восстановления профилей скорости ветра и температуры при зондировании по углу прихода акустического сигнала (случай
фазовой пеленгации)................................................91
§3.5. Выводы............................................................98
ГЛАВА 4. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ СТРАТИФИКАЦИИ ВЕТРА И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ В
ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЕ.......................................................99
§4.1. Основные физические явления, приводящие к ослаблению
интенсивности звуковой волны в атмосфере (обзор)...................99
§4.2. Алгоритм расчета звуковых давлений при прямом распространении
волны.............................................................114
§4.3. Алгоритм расчета звуковых давлений в зоне акустической тени 120
§4.4. Программный комплекс “Акустика открытых пространств”.............125
§4.5. Экспериментальные результаты полевых испытаний программного
комплекса “Акустика открытых пространств” на трассах до 6 км 133
§4.6. Количественные оценки влияния профилей скорости ветра и температуры на ослабление звуковых волн при дальнем приземном
распространении в атмосфере.......................................137
§4.7. Определение структурной постоянной акустического показателя
преломления в пограничном слое атмосферы по измерениям звукового
давления в зоне тени..............................................142
§4.8. Выводы...........................................................150
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................151
ЛИТЕРАТУРА
1 55
- 14 -
§ 1.1. Основные соотношения геометрической акустики движущейся среды
(обзор).
Теоретические и экспериментальные исследования распространения звука в движущихся средах имеют давнюю историю. Существенный вклад в этот раздел акустики внесли Рейнольдс [14J, Рэлей [ 15J, H.II. Андреев [16], А.М. Обухов [17|, Д.И. Блохинцев [18, 19] (см. также обзор [20]). После некоторого спада в послевоенный период интерес к акустике движущейся среды в 1970-1980 гг. существенно возрастает. Этот интерес был вызван появлением новых практических задач, в которых необходимо было учитывать движение среды. В атмосферной акустике к таким задачам можно отнести развитие методов акустического зондирования атмосферы [21-25] и необходимость решения задач борьбы с акустическим шумом [26, 27]. В последние годы, начиная примерно с 1984 г., заметный вклад в разработку теоретических методов акустики движущейся среды внесли российские ученые: В.Е. Осташев [4, 28-33], O.A. Годин [34-41], Н.С. Григорьева (42-49] и др.
Многие, практически важные, задачи в акустике движущейся среды могут быть решены с помощью лучевой теории. К ее достоинствам можно отнести физическую наглядность и относительную простоту. Наиболее полное изложение исходных положений и уравнений геометрической акустики для указанного типа среды было приведено в известной монографии Д.И. Блохинцева [19], первое издание которой опубликовано в 1946 г. К важнейшим результатам этой работы относятся линеаризованная система уравнений гидродинамики, применяемая для анализа распространения звука в движущихся средах, уравнение эйконала, закон сохранения средней энергии волны в геометрической акустике, формулы для фазовой и групповой скоростей звука. Из последующих за [19] результатов, относящихся к геометрической акустике, представляет наибольший интерес гамильтонов формализм решения уравнения эйконала [50-52], в частности позволяющий наиболее просто получить уравнения для траектории звукового луча в среде с трехмерными неоднородностями температуры Т и скорости ветра v, а также переход к решению задач пространственно-временной динамики лучей [42. 53, 54].
Описание звукового поля получается из рассмотрения полной системы уравнений гидродинамики для давления Ра, скорости частиц v, плотности р, концентрации С растворенной в среде компоненты (например, водяных паров в воздухе), энтропии S 119]:
Глава 1
- 15 -
(д/д1 + уУ)у + УР0/р - # = О,
(д/т + \гУ)р + рУу = О,
(д/т + уУ)С = О, (1.1)
(д/т + уу)5 = о,
^ = ЛДр. 5, С),
где г - время, V =(д/дх, д/ду, д/дг), # - вектор ускорения силы тяжести. Уравнения (1.1) выражают соответственно законы сохранения импульса, сохранения вещества, сохранения растворенной компоненты, условие адиабатичиости движения и уравнение состояния. В этих уравнениях пренебрегаете« теплопроводностью и вязкостью среды, диффузией, термодиффузией и подвижностью растворителя, обусловленной силой тяжести. Данные физические явления приводят к поглощению звука, обычно учитываемого в конечных формулах для звукового давления.
Система уравнений (1.1) будет также описывать звуковую волну, если в (1.1) сделать замены Ра на Ра+р, р на р+рЛ, у на у+£, 5 на 5+ст, С на С+%, где Ра, р, V,
5, С характеризуют среднее состояние среды и удовлетворяют (1.1), а р, рЛ, о, X
- звуковую волну. Звуковая волна обычно слабо возмущает среднее состояние среды. Поэтому в большинстве случаев при анализе распространения звука ограничиваются рамками линейной акустики. В результате звуковая волна может быть описана системой уравнений, получаемой из (1.1) путем линеаризации формул относительно акустических величин:
(д/т + уУ)4 + (§У)у + Чр/р - РЛУРЙ/Р2 = О,
(■д/дЬ + \’У)рЛ + (£У)р + рУ^ + рЛУу = О,
(д/т + уУ)х + (^У)С = о, (1.2)
(д/дб + уУ)о + (§У)5 = О,
р =с2ра + (дРа/Я) р.са + (дРа/дС)^х,
где с = {(дРа/др)$,с}]/2 - скорость звука в неподвижной среде.
Необходимым условием применимости геометрической акустики является малость длины звуковой волны X по сравнению с характерным масштабом а изменения
Глава I
- Київ+380960830922