Как задержать 'вибрацию и удары

ОТ АВТОРА

Рецензент — чл.-кор. АН СССР В. В. Богородский

мир звукам- Л.:Судостроение,

Клюкин И. И.

К 52 Удивительный 1978.—168 с.

В книге в научно-популярной форме описаны разнообразные акустические явления, происходящие в водной среде. Рассмотрены области применения современной акустики и возможности их даль* нейшего расширения.

Книга рассчитана на широкий круг читателей,

v К

22.32

31805-066 048(01)-78

Издательство «Судостроение», 1978 г,

Во всех упругих средах и

телах могут возникать механические (акустические) колебания. Они сопровождаются интереснейшими фи­зическими и иногда физиологическими явлениями.

Области применения акустических колебаний не­прерывно расширяются. Однако едва ли они где-либо так многообразны, как в судовождении и судострое­нии. Это — эхолотирование и поиск подводных объек­тов, контроль толщины и качества стальных листов и ультразвуковая очистка, резка и сварка, и еще мно­гое, многое другое. Часто, впрочем, — когда идет речь об уменьшении шума и вибрации, — борьба с акусти­ческими колебаниями имеет не меньшее значение, чем их полезное применение.

Из этой книги читатель узнает о парадоксах дей­ствий с акустическими логарифмическими-, единицами и о своеобразных явлениях на границах акустических сред; о том, является ли резонатор усилителем или поглотителем звука; о неожиданных «бытовых» по­следствиях дифракции и интерференции звука..

Как развиваются ультразвуковая дефектоскопия металлов и ультразвуковая технология обработки, гидроакустическое эхолотирование и телеметрия, борьба с обрастанием судов акустическими метода­ми? Зачем; нужна- акванавту!' «гелиевая речь» и

времени 'Между появлением молнии и звуком грома Оценили^ что скорость распространения звука в воз­духе относительно невелика. В начале XVIII века Ньютон выводит формулу, согласно которой скорость звука в газе равна корню квадратному из отношения статического давления газа к его плотности. Лаплас; дополнил ее поправкой на теплоемкость среды. Точное значение скорости звука в воздухе вблизи от поверх­ности Земли оказалось чуть больше трети километра в секунду. Скорость, по теперешним космическим вре­менам, явно небольшая. А по мере увеличения рас­стояния от поверхности Земли, ввиду падения атмо­сферного давления, плотности и температуры воздуха, от которой также зависит скорость звука, последняя претерпевает значительные изменения. Для сравнения с другими средами укажем, что скорость звука в воде — порядка 1,5 километра в секунду, в метал­лах—примерно 5 километров в секунду, а в породах земной мантии — 8 километров в секунду и более.

В наше время развернуты в больших масштабах исследования как акустических свойств атмосферы, так и иных ее свойств и происходящих в ней природ­ных явлений акустическими методами.

Продолжают привлекать внимание акустические характеристики грома. Максимальные спектральные звуковые составляющие в ударах грома находятся, по данным одних исследователей, в диапазоне частот 50—150 герц, по другим же данным, достигают 400— 500 герц. Сила звука, то есть количество звуковой энергии, проходящей в единицу времени через еди­ницу площади фронта волны, в 10¹⁵ и более раз пре­вышает силу звука человеческого голоса. Подобные звуковые энергии зарегистрированы еще лишь при сильных извержениях вулканов, да, быть может, в непосредственной близости от мощнейших ракетных двигателей. При ядерных взрывах, несомненно, воз­можны еще более сильные звуковые волны.

А что сказал бы читатель о «шумовом кольце» _:в атмосфере, кольце, диаметр которого может достигать диаметра Земли? По-видимому, пока ничего сущест­венного, так как первое сообщение о подобном явле­нии появилось всего 3—4 года назад, и его продол-6

 

жают обсуждать специалисты^ Назвали* же его так и доложили о нем французские акустики Берте и Рокар, исследовавшие распространение звука в ат­мосфере при действии взрывных источников. Они об­наружили в верхних слоях атмосферы на высоте 90 километров звуковой канал, в котором создается высокая концентрация звуковой энергии с ярко вы­раженными нелинейными эффектами.

Наблюдались случаи распространения инфразву-ковых волн на дистанцию до 14000 километров, то есть на расстояние более трети земной окружности от места возбуждения звука. Шумовое кольцо, центр которого находился на одной вертикали с взрывным источником, расширяясь, ползло вокруг земного шара. В точке приема сигнал сильно растягивался во вре­мени. Авторами была предложена и теория шумово­го кольца.

Другие исследователи обнаружили резонансное
" взаимодействие различных звуковых волн, распро-,;
страняющихся в атмосфере. Оно также носит нели­
нейный характер и проявляется на частотах до не­
скольких десятков герц. Довольно причудливую
зависимость от частоты звука и высоты его распрост­
ранения в атмосфере имеют величины километриче-
ского затухания звука. *.

Вообще, нижний слой атмосферы (тропосфера) весьма неоднороден. В нем имеются слои с различной влажностью и температурой, области турбулентных вихревых движений, постоянные потоки газовых масс. Все эти факторы определяют погоду, климат и даже, как установили специалисты по морской акустике, ухудшают условия работы низкочастотных гидроаку­стических средств. Для определения нерднороДНостей атмосферы применялось (с переменным успехом) ра­диолокационное зондирование. Но вот заметили, что рассеяние акустических волн от турбулентностей в атмосфере во многие тысячи раз превышает рассея­ние электромагнитных колебаний. Так родилось новое направление исследования тропосферы — ее акусти-^еское зондирование, или акустическая эхо-локация.,... Идут дни и ночи, проходят недели, а направ­ленные вверх акустические излучатели непрерывно посылают звуковые импульсы и принимают эхо, от-

Слоистая структура атмосферы на различиют высотах, записанная с помощью звуколокатора.,

раженные неоднородностями атмосферы. Эапвстг этих
эхо очень наглядны, иногда прослеживаются несколь­
ко находящихся один над другим неоднородных слоев
в атмосфере. Подобные установки действуют в США,
Канаде, Индии и других странах. Это довольно со­
лидные сооружения. Так, установка, созданная в
Южной Австралии, включает в себя антенную решет-'
ку из восьми десятков динамиков с резонатора-ми;
электрическая мощность звуковой частоты, подводи­
мая к этим репродукторам,—около 10 киловатт. При­
емная антенна представляет со^ой большое парабо­
лическое зеркало с рупором; для лучшей передачи
улавливаемой энергии приемному микрофону оно по­
мещено в отдельном углублении в грунте. Разра­
батываются еще более совершенные системы со
сканированием (разверткой) звукового луча по небо­
своду. •'••..*•

Звук может выступать в роли... термометра, при* чем именно в тех условиях, когда обычяые термомет* ры отказывают. На высоте более 30 километров молекул в атмбсфере уже так мало, что погрешности традиционных термометров, использующих тепловое движение молекул, резко возрастают. В основу зву-" кового термометра положена известная из теории и экспериментов зависимость скорости звука в разре­женном газе от температуры газа. Оказалось, что такой термометр не только гораздо точ-нее, но прак­тически абсолютно безынерционен. Он отмечает коле­бания температуры, длящиеся всего 0,05 секунды, что совершенно недоступно как ртутным, так и жидкост-

ным термометрам. Будучи помещен на метеорологи­ческий шар-зонд, поднимающийся с довольно боль­шой скоростью, звуковой термометр успевает фикси­ровать все флюктуации температуры атмосферы на различных высотах.

Звуку в атмосфере сейчас находят все больше применений, а ведь до второй мировой войны един­ственным его назначением считалась пассивная лока­ция самолетов и артиллерийских батарей. Для этих целей были созданы весьма.совершенные приборы. Определение местоположения батарей по звукам вы* стрелов не снято с повестки дня (ведь батареи не могут быстро перемещаться с места на место). А вот звуколокация. самолетов по мере приближения их к звуковому барьеру постепенно утратила свое значе* ние. Уже упоминалось, что звук в воздухе—«неторо* пыга» в сравнении, например, с электромагнитными волнами, и звуколокатор не успевал следить за пе­ремещением самолетов. Радиолокация здесь посте* пенно вытеснила звуковую технику.

Казалось бы, последней уже нет возврата в об» ласть слежения за скоростными объектами. Казалось; бы... Но вот в журнале Американского акустического общества за 1966 год появляется статья об успешном' звуковом определении конечных точек траектории и мест приземления вертикально' падающих.сверхзвуке'-*^ вых ракет. Дело в данном случае именно в том, что; определяется траектория не пролетающего тела, а-, тела, заканчивающего свой путь в пространстве. Ио*^к пользуется мощная ударная волна сжатия, конусом распространяющаяся в воздухе от головной части ракеты. Для улавливания ее служит база всего лищьГ из четырех микрофонов, расположенных по углаз^ квадрата, и счетно-решающего устройства.

Такая аппаратура, конечно, значительно проще и дешевле специальной радиолокационной аппаратуры слежения.

' Так что аэроакустическая* техника не отжила свой век; несомненно, найдутся новые области ее практи­ческого применения и будут вскрыты многие не из* вестные нам доселе явления в воздушной оболочке Земли.

ЗВУКИ

в,

ЗЕМЛЕ

По преданию, Тифон Алек­сандрийский во время оса­ды Аполлонии определял на­правление неприятельских подкопов с помощью подве­шенных в траншее сосу­дов — резонаторов,

Подслушивание противника

через землю —таким в течение многих веков было главное и, видимо, единственное применение подзем-¹ нбго звука. Так было и в античные времена, и при осаде Казани Иваном Грозным, и во время первой мировой войны, когда зарывшиеся в землю друг против друга противники вели из своих траншей подкопы под вражеские батареи, склады, командные пункты. Пожалуй, чуть усовершенствовалась к этому времени техника, появились первые приборы — про­стейшие геофоны.

Свое «военное» назначение акустика сохраняет и теперь, но техника существенно усовершенствовалась. Некая английская фирма сообщила недавно, что ею разработан сейсмометрический прибор «Тобйас» для -распознавания присутствия движущихся тяжелых ма­шин в радиусе до 15 километров. По заверению фир­мы, прибор может отличить шум гусеничных маши» от шума колесных машин. На более близких расстоя­ниях он «слышит» также шаги человека и животных.

Один из главных природных врагов человека-
землетрясения. Множество сейсмографов, раскидан­
ных по всему свету, фиксируют любые подземные¹
толчки. Некоторые из этих «сейсмосторожей» снабже­
ны автоматикой. Так, неподалеку от Токио, в сейсмо-
опасном районе, где в год фиксируются многие
тысячи подземных толчков, сейсмосторож, установлен^
ный у железнодорожного моста, связан со светофо⁰
ром на железнодорожном полотне. Когда сила толч­
ка превысит установленную норму, на пути поездов
зажигается запрещающий красный сигнал, а специ­
альная бригада производит осмотр моста.; iiv i

•fcf ' •

Итак, первое по времени возникновения направле­ние подземной акустики — подслушивание кого-либо или чего-либо, представляющего опасность, — было, есть и, надо полагать, останется на службе человека на вечные времена, разумеется, постоянно развиваясь и совершенствуясь. Но уже властно заявила о себе другая область геофонии, связанная с изучением структуры коры Земли и земной мантии. Простейшая схема исследований здесь такова. В какой-либо точке производится взрыв углубленного в землю заряда, в других же точках, достаточно удаленных от первой, принимают звуковые сигналы — как пришедшие не­посредственно от источника звука, так и отраженные от слоев различных пород.

Поистине, однако, скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается. Очень трудно бывает разо­браться в вакханалии принятых волн. К тому же, в отличие от газовых и жидкостных сред, в которых мо­гут распространяться только продольные волны, твер­дой среде присущи ещё различные типы поперечных и поверхностных волн.

Пожалуй, здесь, в этом многообразии колебатель­ных движений, особенно отчетливо проявляется дан-нре Энгельсом определение физики как механики молекул. И все же, учитывая-различную скорость рас­пространения волн и некоторые другие признаки, уда­ется по записям геофонов определить структуру сдоев коры Земли и глубину нахождения мантии в данном участке.

Постепенно от взрывных источников переходят к электромагнитным и электродинамическим излучате­лям звука, в которых можно задавать частоту излу­чения. Применяются направленные источники коле­баний, излучающие в узком секторе. Это не только экономит энергию, повышает точность измерений, но и, в случае звукового зондирования у морского дна (при этом звуковые волны переходят и в породы дна), уменьшает возможность гибели морских обитателей от, интенсивных звуковых колебаний.

Впечатляющи результаты сейсмических исследо­ваний в Антарктиде. За какой-нибудь десяток-пол-тора лет изучены структура ее ледяного панциря и рельеф материка, подо, льдом. Средняя толщина льда

и

в Антарктиде оказалась около 2 километров, а. мак­симальная-—более 4 километров. Подо льдом обна­ружены крупные горные цепи с высотами до 3 ки­лометров, а также более чем километровые, впадины ниже уровня моря. Удалось даже установить, что строение антарктической платформы сходно со строе­нием платформ Южной Америки, Австралии и Афри­ки. При всех этих исследованиях применялось не только «прозвучивание» сред в горизонтальном на­правлении, но и эхозондирование — процесс, подоб­ный эхолотированию в море и заключающийся в на­правленном излучении колебаний и приеме сигналов, отраженных от границ и неоднородноетей среды.

Геоэхозондирование, звуковая геолокация получи­
ли за последние десятилетия широкое распростране­
ние для поиска и разведки нефтяных и газовых ме­
сторождений, картирования при поисках каменного
угля, железной руды и россыпных месторождений.
Применение звуковой геолокации и сейсморазведки
позволяет получить комплексную картину месторож­
дений полезных ископаемых, существенно уменьшает
объем дорогостоящих работ — бурения шурфов, кото­
рое ранее делалось почти вслепую, а теперь —целе­
направленно.."'••-'

А строительство инженерных сооружений, напри­мер плотин? Надо, допустим, определить размеры и конфигурацию скальной платформы, на которую бу­дет опираться сооружение, — звуковая геолокация даст наглядную карту глубинных слоев 9 требуемом месте.

Даже археологи не избежали соблазна привлечь новые методы разведки. С помощью звуковой лока­ции на дне Бугского лимана были определены кон­туры древней застройки и занесенных илом оборони­тельных сооружений античного городища Олъвии.

Чисто акустическое эхозондирование (т. е. зонди­рование, при котором акустическая энергия сигналов в среде не переходит в другие виды энергии), в об­щем, уже не новость. Но лишь совсем недавно обна* ружена возможность комбинированного зондирования пород в земной среде. «Камни заговорили», 5^го* ворящие сокровища»,— как на сенсацию, реагирова­ли журналисты на это открытие ученых Института

_: ')• Км I

!0ики Земли AHGGCP М. П.Воларович и Э. И. Пар­хоменко.

., Пьезоэлектрический эффект таких минералов и шеществ, как кварц, турмалин, сегнетова соль, тита-И9Т бария, давно используется в технике. Но вот Оказалось, что ряд горных пород — кварциты, гнейсы и даже тривиальные граниты—способен откликаться электромагнитной волной, на упругую волну варыва. Для улавливания этой ответной электромагнитной волны служат простейшие приемники — металличе­ские стержни, вставленные в землю. Индуцйррвднный в стержнях электрический ток подводится к усили­тельному устройству, связанному с самописцем.

Кварциты часто являются золотоносными, и, та­ким образом, акустико-электромагнитное зондирова­ние дает ориентир первичного поиска золотоиска­телям.

Но и простейший ультразвуковой эхолот с некото* рых пор стал помощником золотодобытчиков, причем не в море, а на земле. При разработке дренажных котлованов очень важно бывает знать, сколько еще продуктивного золотоносного песка осталось и как екфро в том или ином месте котлована черпаки драги достигнут пустой породы. Нужны достаточно мощные и направленные звуковые импульсы для того, чтобы проникнуть в слой рыхлого песка до подстилающего грунта и определить толщину слоя (а заодно и глу­бину его залегания). Подобный прибор приходит на золотых и платиновых приисках на смену дедовской маркшейдерской многометровой рейке или трубе, ко­торую ранее старательно втыкали в донные слои раз­личных мест котлована.

Соледобытчики, использующие в своей работе ме­тод подземного выщелачивания, теми же звуколока-ционными приборами определяют размеры и конфи­гурацию солесодержащих включений, размеры пустот и камер, остающихся после изъятия соли с помощью поверхностных «соляных фонтанов», г Обвалы в шахтах... Эти страшные события могут приводить к гибели людей, и давно уже во всем мире стали раздумывать, как предугадать возможное не­счастье. Родилась мысль привлечь для этого сей* смоакустические методы и аппаратуру, значительно

.более чувствительную^ чем человеческий слух, и спо­собную объективно регистрировать подземные шумы в течение длительного времени.

Около четверти века назад один из видных совет­ских акустиков М. С. Анцыферов, занимавшийся до того вопросами архитектурной и электроакустики, воз­главил эту работу. В Институте горного дела имени А. А. Скочинского была организована соответству­ющая лаборатория, и начались регулярные акусти­ческие наблюдения в шахтах. Особое внимание обра­тили на шахты Донбасса, где уже тогда угледобыча производилась на глубинах до полукилометра. В на­стоящее же время осваиваются глубины более кило­метра, а ведь чем больше глубина, тем выше давле-,ние в пластах породы последовательно, тем больше.вероятность опасных выб.роеов газа, угля и дру­гих сред.

Акустическая эмиссия. Этими словами специ­алисты сейчас обозначают звуки, которые предше­ствуют ряду механических явлений, например рае-трескиванию и разрушению металлов. Горные акусти-. ки изучали мощные звуковые сигналы, которые, как оказалось, начинает излучать порода, перед тем как в ней произойдут разломы и разрывы.

Спектр этих акустических импульсов достаточно широк, наиболее интенсивные составляющие находят¹-ся в области частот 300—600 герц. Но вот беда: спектр шумов в породе при работе отбойных молот­ков и врубовых машин примерно одинаков. Значит, надо измерять подземные шумы вдали от забоя, где производятся работы, а также в ночное и обеденное время.

Всегда ли мощные звуковые импульсы предше­ствуют выбросам угля и газа? Требуют ли они, эти импульсы, обязательного удаления шахтеров из за­боя? Оказывается, не всегда. Были случаи, когда работа прерывалась, а динамических явлений в шахте не происходило. Автор как-то спросил М. С. Анцыфе-рова, часто ли ему приходилось выступать поневоЛе в роли пастуха-лжеца.из известной басни, котором^.впоследствии уже никто не верил. Он ответил:. — Бывало, конечно, и недоверие и даже упреки за невыполнение плана по вине акустиков. Постелен-

и

Усиление уровня и увеличение количества звуковых импульсов,

фиксируемое геофоном, служит сигналом опасности. Если не

удалить людей из шахты, то возможна их гибель вследствие

выброса угля и газов.

но все сошлись на том, что лучше и раз,.и два, и три выйти из забоя, чем хоть раз быть засыпанными. Но и мы повысили точность своих прогнозов.

,Какова же она сейчас?. Накопленный опыт, ис-' пользование разработанной горными акустиками си­стемы статистических критериев повысили надеж­ность текущего сейсмоакустического прогнозирования опасности динамических явлений в шахтах до 95— 68%. Более того, применение направленных систем геофонов дало возможность определять координаты очагов акустических импульсов, то есть, по существу, и очагов возможных подземных катаклизмов, боль^ ших и малых.

Службы производственного акустического прогно-|а₍ подземных динамических явлений начали рабо­тать в шахтах Донбасса с 1965 года. В первый же год Введения служб количество неожиданных динами­ческих явлений сократилось в 3,5 раза, а через б лет —в 20 раз, хотя в этот период протяженность

выбросоопасных зон в шахтах увеличилась вдвое вследствие перехода выработок на нижележащие горизонты.

В г. Прокопьевске (Кемеровская область) группа ученых под руководством П. В, Егорова работает над тем, как на основании акустического прогнозирова­ния вести разработки угля, чтобы уменьшить вероят­ность «горного удара».

Неуютен труд шахтных акустиков. Ученые в ком­бинезонах и касках с лампочками шлепают по мок­рым штольням, иногда ползают в них на коленях, отыскивая, где бы установить свои геофоны и усили­тели. Нет-нет, и крепкое соленое словцо шахтеров, ко­торым помешали, сопровождает действия научных ра* ботйиков. Но наградой им служит сознание того, что их работа сохранила жизнь не одному горняку.

Раз уж земная среда проводит звук, то можно не сомневаться, что подземная акустика найдет еще множество применений.

ЗВУКИ

в

ВОДЕ

Если ты, будучи на море, опустишь в воду отверстие трубы, а другой конец ее приложишь к уху, то услы­шишь идущие вдали кораб­ли.

Леонардо да Вяачи

Есть что-то удивительное в

том, что почти полтысячелетия назад Леонардо пред­восхитил первоначальное развитие гидроакустики как науки об обнаружении кораблей в море по звуку. Если не считать первых робких попыток эхолотиро-вания, то гидроакустика в XX веке развивалась сна­чала как область военной науки и техники. Напри­мер, в России еще в 1905 году были разработаны со­вершенные по.тому времени приборы для звуковой

связи между погруженншли подводаьши лодками. К 1912 году относится изобретение К. В. Шиловским и П. Ланжевеном первого гидролокатора.

В наше время, в период интенсивного освоения Мирового океана, гидроакустические приборы и ме­тоды достигли высокой.степени совершенства, а об­ласти применения гидроакустической техники все расширяются.

Разумеется, проще всего было бы отослать чита_г теля к соответствующим источникам, например к книгам автора по гидроакустике. Но из песни слова не выкинешь, а потому и в этой книжке, где трак­туются самые различные акустические вопросы, сле­дует сказать несколько слов о звуках под водой, по­нимая под этим преимущественно звуки в больших природных водоемах.

Начнем с краткого описания некоторых физиче­ских явлений при распространении звука в море.

Рефракция. Это, как известно, искривление лучей в среде с переменным -показателем преломления. Сплющенная Луна, миражи в пустыне, плавающие в воздухе острова над морем — классические примеры оптической рефракции в воздухе. Акустическую реф­ракцию в воздухе заметить несколько труднее, но она тоже имеет место. А вот под водой звуковая рефракция проявляется в любое время года практи­чески повсеместно.

У гидроакустиков есть хорошее мнемоническое Правило: луч, подобно жаждущему человеку, устрем­ляется в сторону более холодных и менее соленых Слоев воды. Есть, правда, еще один фактор, который Труднее втиснуть в рамки мнемоники. Это гидро* Статическое давление, зависящее от глубины. От его величины также меняется скорость звука, а следо­вательно, и показатель преломления. В данном слу­чив его изменение таково, что звуковой луч стре* Митей шверх.

Пожалуй, особенно отчетливо проявляется влия­ние температуры зимой, когда верхние слои морской •оды более холодные, чем нижние. Луч тогда под оп­ределенным углом устремляется к поверхности моря, отражается от нее, вновь и вновь приходит к ней, по­степенно затухая по мере удаления от источника

Художник-орнаменталист, пожалуй, мог бы позаимствовать в кар­тинах подводных звуковых лучей мотивы для своих работ.

звука. Траектория его напоминает цепь, подвешенную во многих местах к буйкам на поверхности моря. Ус­ловия для подводного обнаружения звука в поверх­ностных слоях при этом достаточно хорошие.

В летнее время, когда более холодными являются глубинные слои воды,.луч уходит в глубину. Обр;н зуются зоны акустической тени, в которых обнаруже­ние подводных объектов затруднено. Возможны го-путствующие эффекты. На границе слоев с jhmkmm перепадом температуры может происходить ишшрв

внутреннее отражение, расщепление луча, когда не­большая часть звука проходит под слой скачка, а другая часть отклоняется кверху. Создаются не толь­ко «мертвые зоны», как иногда именуют флотские акустики зоны акустической тени, но и зоны фокуси­ровки, усиления звука. В общем, картина распростра­нения звука может быть очень пестрой.

Звуковые каналы. Совместное влияние темпера­
туры, солености воды, гидростатического давления
может быть таким, что на определенной глубине рас­
положится зона («горизонт») с минимальной ско­
ростью звука. По этому горизонту, претерпевая лишь
небольшие волнообразные отклонения, звуковой шуч
может распространяться на очень большие расстоя­
ния. Эта зона дальнего и сверхдальнего распростра­
нения звука условно названа звуковым.каналом. Зву­
ковой канал в океане был открыт американскими
акустиками, а в глубоком море (Черном)—совет­
скими учеными Л. М. Бреховских и Л. А. Розен-
бергом.;

За эту работу они удостоены Государственной пре­
мии СССР.;

Были отмечены случаи распространения звука взрыва небольшой бомбы по подводному звуковому каналу от берега Австралии до Бермудских острофов, то есть на расстоянии, равном половине окружности Земли. Существуют карты глубин залегания устойчи­вого звукового канала в океанах. Как правило, эти глубины в северных районах меньше, чем в южных. Так, на широте 10° в районе Маршаллбвых островов глубина залегания канала близка к I километру, а в районе Алеутских островов она не превышает 100 ме­тров. Но во многих местах изолинии глубины зале­гания канала по земной поверхности имеют причуд­ливые извилистые очертания.

Американский акустик Э. Гамильтон предсказал теоретическую возможность существования звукового канала также в осадочных породах, выстилающих д'но океана. В 1974 году Р. Урик экспериментально Подтвердил это.

Морская реверберация. Словом «реверберация», соответствующим английскому слову «эхо», обозна­чают более или менее продолжительное угасающее

звучание звукового сигнала после излучения. В наи­большей степени это явление обычно связано с отра­жениями от скоплений газовых пузырьков, затянутых на некоторую глубину во время штормов или яв­ляющихся продуктом жизнедеятельности планктона. В мелководных районах реверберация может быть обусловлена отражениями от каменистого дна. Ревер­берация иногда является серьезной помехой рыболо­кации и военно-морской гидролокации, так как она может маскировать принимаемый полезный эхо-си­гнал.

Интересно наблюдать реверберацию, когда она до­статочно интенсивна. Всплески ее то вспыхивают, то гаснут на катодном индикаторе локатора, порой на расстояниях в несколько километров. Синхронно с этим меняется реверберация в динамике. Это значит, что гидролокационная посылка встретилась с каким-то отражающим звук скоплением, а затем проследо­вала далее.

Первая отечественная работа по реверберации моря появилась в Журнале технической физики в 1943 году, в самый разгар Великой Отечественной войны. Автором ее был военно-морской акустик В. С. Анастасевич. Трудно забыть впечатление, кото­рое произвела эта статья на молодых акустиков. Не­ужели открытое море может звучать, как готиче* ский собор? И причина этому — какие-то пузырьки... (уже известно было, что пузырьки в воде могут по* глощать звук, но о рассеивающих их свойствах мало кто знал).

Исследований реверберации выполнялись Ю. М. Су­харевским. Впоследствии В. В. Ольшевский дал ос­новы статистической теории реверберации.

Для борьбы с реверберационной помехой исполь­зуют излучение в узком секторе, частотную модуля­цию сигнала и другие приемы. В общем, если исклю­чить малые расстояния от гидролокатора, ревербера-ционная помеха оказывается не такой страшной, как «тривиальные» помехи от шумов морского волнения, а также от шумов самого корабля, несущего гидро­локатор.

Звукорассеивающие слои. Когда однажды иссле­дователи-гидроакустики в одном из южных районов

£0

фобовдли устремит луч гидролокатора вниз, то к |-моему удивлению обнаружили: дно океана «писа-.'| ось» на глубине, в несколько раз меньше действи­тельной. Феномен «поднимающегося и опускающегося дна» отметили и специалисты по эхолотированию. Ясно было, что существуют какие-то мигрирующие слои, которые отлично отражают звук, причем в зна­чительно большей мере, чем его отражает, например, водный слой с температурным скачком.

Брали пробы воды с глубины этих звукорассеи-вающих слоев, опускались в них в батискафе..Оказа­лось, что «призрак» морского дна, как и ревербера­ция, связан с морскими организмами и продук­тами их жизнедеятельности. Интересно, что каждый исследователь находил в отражающих слоях скоп* ления различных организмов — от микроскопиче­ского биопланктона до медуз и даже более крупных существ.

Однако, кто бы ни были их «учредители», со зву-
корассеивающими слоями приходится считаться воен­
но-морским акустикам, да и персоналу рыбопро­
мысловых судов, ведущих гидроакустический поиск
рыбы. ^;

Из приведенного далеко не полного перечня гид­
роакустических явлений в море видно, сколь они раз­
нообразны. Исследования распространения звука в
морях и океанах во всех морских странах расши­
ряются с каждым годом. В СССР подобные исследо-
вания с успехом выполнялись Н. С. Агеевой, В. В. Бо­
городским (в очень интересной области распростра­
нения звука — во льдах и подо льдами Арктики) >
Л. М. Бреховских, Р. А. Вадовым, В. П. Глотовым,
В. С. Григорьевым, Н. А. Трубником, Ф. И. Кряже­
вым, В. Ильичевым, Ю. П. Лысановым и многими
другими. В последние годы большой группой авторов
под руководством академика Л.М. Бреховских созда*
па капитальная монография «Акустика океана», удо­
стоенная в 1976 году Государственной премии СССР.
В 1977 году Л. М. Бреховских награжден золотой ме­
далью великого физика Рэлея. •

Интересен анализ процесса отражения звука от объектов произвольной формы. Публикации по этому вопросу не сходят со страниц журнала Американского

•21

акустического общества (статьи Джангера, Хиклинга, Дулитла и других). Авторы статей утверждают, что можно классифицировать объект по характеру отра­жения звука от него.

«Эхолот пишет дно на 50 мет­рах. Но ты ступай осторожно; может быть, это — звукорас-сеивающий слой».

 

Л. М. Лямшевым еще в 50-х годах было обнару­жено и проанализировано явление усиления гид­ролокационного отражения от пластин в жидкости вследствие возникновения в них продольных волн при падении гидролокацщщного импульса. Работа Л. М. Лямшева докладывалась в Венгерской Акаде­мии наук и получила общее признание. Весьма инте­ресные исследования по теории эхо-локации выпол-

ионы в последнее время А. А. Клещевым, У. Нигулом, I,. Л. Шендеровым и другими.

Говоря о создании в нашей стране акустических приборов для подводного обнаружения, нельзя не упомянуть о деятельности профессора Военно-морской академии В. Н. Тюлина. Работая, по существу, в оди­ночку, он еще в 30-е годы сконструировал весьма совершенный по тому времени эхолот и внес вклад в теорию действия шумопеленгаторов. Свою лепту внесли также Л. Я. Гутин, А. М. Тюрин и С. Я. Соко­лов— создатель и руководитель первой в стране ка­федры электроакустики.

Приближались грозные годы Великой Отечествен­
ной войны, и освоение гидроакустической техники
нашим подводным флотом было как нельзя более
своевременно. Чтобы читатель мог в полной мере
ощутить ее роль, приведем два последовавших один
'ла другим эпизода, связанных с подводной лодкой,
которой суждено было стать легендарной..

В начале 1945 года в результате прорыва совет­ских Вооруженных Сил в Восточной Пруссии была окружена громадная курляндская группировка гит­леровских войск. Из отрезанного Данцига, где нахо­дилась немецкая школа подводного плавания, вышел в Киль под усиленным конвоем самый большой не­мецкий лайнер «Вильгельм Густлов» водоизмеще-" нием 25 тысяч тонн. На нем находилось четыре тысячи высококвалифицированных подводников, кото­рых уже ждали в Киле, чтобы укомплектовать ими 70 подводных лодок. Всего же на корабль набилось более шести тысяч человек.

В этом районе патрулировала подводная лодка С-13 под командованием капитана 3-го ранга А. И. JVla-ринеско. В январе на Балтике темнеет рано; к тому же шел снег; рассчитывать можно было только на гидроакустику. Около 8 часов вечера гидроакустик И. Шнапцев доложил о далеком шуме винтов и ука* зал пеленг на группу кораблей. Маринеско применил дерзкий маневр: он зашел со стороны берега и.вы* пустил четыре торпеды по главной цели,'теперь уже отчетливо выделившейся среди кораблей охранения¹.

Лайнер быстро пошел ко дну. Лодке удалось уйти от 'бомбежки и преследования. Узнав о потоплений

морского гиганта, Гитлер"'приказал расстрелять ко­мандира конвоя, в Берлине же во второй раз за время войны был объявлен трехдневный траур (первый раз это было после разгрома фашистских войск под Ста­линградом). В эфир пошло сообщение, что командир G-13 объявлен «личным врагом Германии».

Однако лишь усмешку вызвали эти угрозы у эки­пажа лодки. На борту еще имелись торпеды, и можно было продолжать поиск противника. Прошло десять дней, и снова ночью, и снова гидроакустики обнару­жили шумы большого корабля с охранением и вывели лодку на дистанцию видимости. Новый торпедный залп — и перестал существовать еще один громад­ный транспорт — «Генерал Штойбен». Из находив­шихся на его борту 3600 солдат и офицеров спаслось менее трехсот. Найти в кромешной мгле и отправить на дно моря два гигантских корабля с целой диви­зией гитлеровцев за одну декаду — в этом военном триумфе подводной лодки роль гидроакустиков была не последней.

После второй мировой войны гидроакустика на­чала быстро развиваться во всех странах. Точность пеленга на шумящие или отражающие звук подвод­ные объекты достигла долей градуса, дальность дей­ствия станций увеличилась во много раз/Была освое­на пассивная и активная локация в зонах вторичного выхода звуковых лучей к поверхности моря, $^ также в зонах тени для прямого сигнала. Американская донная гидроакустическая система «Цезарь», ра­ботающая на низких частотах локации в море, где затухание звука особенно мало, по сообщениям пе­чати, обнаруживает присутствие подводных лодок на расстояние до 400 километров. Появилась разновид­ность гидролокационной системы, в которой обнару­жение иодв^дных объектов производится с помощью разнесенных под зеркальным углом излучателя и приемника гидролокационных сигналов. Здесь тре­буется особая точность во взаимодействии носителей' излучателя и приемника, но такая система себя оп­равдывает, так как сила отражения под зеркальным углом наибольшая, и легче обнаружить объект, снаб­женный защитными средствами,

Развертываются глобальные гидроакустические си-< темы. Одна из них под зловещим названием «Мор­ской паук» должна обеспечивать сбор гидроаку­

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: