3.1. Стислі відомості про гідроакустичне поле
На розповсюдження акустичних хвиль морське середовище робить подвійний вплив. З одного боку, із збільшенням відстані від джерела звуку відбувається убування інтенсивності акустичних хвиль, з другого боку, відбувається викривлення траєкторії акустичних хвиль, обумовлене зміною швидкості розповсюдження звуку по глибині. Ці чинники визначають дальність дії гідроакустичних станцій. Швидкість звуку залежно від температури і концентрації солей морської води може змінюватися в достатньо широких межах від 1400 до 1560 м/с. Вплив температури полягає в тому, що при збільшенні температури на 1оС швидкість звуку у воді збільшується приблизно на 3,3 м/с.
При збільшенні концентрації солей у воді на 0,01% швидкість звуку збільшується на 1,2 м/с.
При кількісній оцінці зміни швидкості звуку користуються поняттям градієнта (зміна швидкості розповсюдження акустичних хвиль із зміною глибини). Градієнти можуть бути позитивними і негативними. Найхарактернішими є градієнти, зображені на рис. 5.18.
Рис. 5.18. Характерні випадки розподілу швидкості звуку по глибині
У наслідок зміни швидкості звуку по глибині моря акустичне проміння зазнає викривлення, тобто відхиляється до дна (негативна рефракція) або до поверхні моря (позитивна рефракція). Негативна рефракція спостерігається, коли швидкість звуку з глибиною моря зменшується (рис. 5.19).
Рис. 5.19. Розповсюдження акустичних хвиль при негативній рефракції
В цьому випадку звукове проміння, розповсюджуючись від джерела звуку, що знаходиться в точці 0, відхиляється у бік дна. Те проміння, яке розповсюджується до поверхні моря, відображається від неї і також прямує у бік дна.
Промінь, що відображається від поверхні моря під кутом повного внутрішнього віддзеркалення (промінь OMN), називається верхнім граничним акустичним променем. Він визначає максимальну дальність дії гідроакустичних засобів.
За його межами спостерігатимуться зони акустичної тіні, якою б великою не була потужність випромінювача. Зона, в якій акустична енергія розповсюджується, називається зоною акустичної освітленості. Випадок негативної рефракції характерний для весіннє-літнього періоду, коли температура верхніх шарів вища за температуру нижніх шарів води.
Позитивна рефракція спостерігається в осіннє-зимовий період. В цьому випадку все звукове проміння відхиляється до поверхні моря (рис. 5.20).
Рис. 5.20. Розповсюдження акустичних хвиль при позитивній рефракції
При знакозмінній рефракції, обумовленій наявністю ізотермічного поверхневого шару води, має місце найбільша дальність дії, якщо випромінювач і приймач знаходяться в ізотермічному шарі. Якщо ж приймач знаходиться нижче за ізотермічний шар, то дальність виявлення різко зменшується.
Бувають випадки, коли разом з прогрітими поверхневими шарами води на глибині від 10 до 40 м утворюється шар із зниженою температурою, в якому швидкість звуку різко зменшується.
Цей шар є своєрідним звуковим каналом, що забезпечує наддалеке розповсюдження звуку (рис. 5.21).
Рис. 5.21. Розповсюдження акустичних хвиль за наявності звукового каналу
Звукове проміння зазнає багатократного внутрішнього віддзеркалення від меж шару, не досягаючи поверхні моря і дна. Якщо джерело звуку або приймач розташовано зовні підводного звукового каналу, ефекту наддалекого виявлення не спостерігається.