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什么是远距离声呐?

发布时间:2019-10-03 13:57 来源:未知 编辑:admin

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  到现在为止,我们讨论的都是有效半径为若干千米的声呐。这些声呐通常都用于水下科学研究和捕鱼作业。但是对海军舰艇(最早的声呐就是用于海军舰艇的)来说,这样的距离分明太小了。在20世纪,当装备有核导弹的潜艇在辽阔的大洋中自由地航行的时侯,要发现它们,就需要有效半径为几百千米的声呐了。除了通常的技术问题(脉冲功率、接收装置的灵敏度等)外,在制造远距离声呐时,还必须解决一系列同海洋直接有关的问题。

  其中最重要的几个问题,同作为介质的海洋的不均匀性,尤其是温度和压力变化引起的变化有关。例如,温度每升高1摄氏度,声速就增加2.7米/秒;深度每增加100米,由于压力的增加,声速就增加1.82米/秒。显然,温度和压力都是随着深度的变化而变化的,而这又引起声速的变化。因为速度变化时,声波被折射,所以远距离声呐的脉冲轨道就大大偏离直线米的海洋上层,由于海水被不断搅拌,温度实际上是均匀的(在深度上)。紧接上层的是温跃层,温度在其中急剧降低至0~2摄氏度。这一层下面温度又保持恒定而压力随深度而增加。在上层,声速由于压力增加而随深度逐渐增加。靠近上层下界和温跃层处,温度急剧变化(降低),以致声速相应地降低,比声速由于压力增加而来得快。在温度已经恒定的温跃层的下部地区,声速又由于压力的增加而增加。在上层,声束从直线轨迹向上挠曲。因此,强脉冲进入接收装置,这就保证了能清楚地“看”到位于上层水中的目标。声脉冲也可以进入温跃层。但是,由于这一层中的温度梯度是负的,所以声束的折射轨迹低于直线。因此,接收装置记录到的脉冲能量很小。对声脉冲传播影响最大的是上层海水的下界面。声速的突然变化,造成声脉冲传播方向的急剧变化:形成了声脉冲传不到的所谓“声影区”。上层厚度越小,声影区越大。在夏季好天气刮小风的情况下,上层厚度降低到1米时,在50米的深度就可以出现声影区。

  潜艇很容易隐藏在这种地区,通常的声呐无法发现它们。有两种侦察这种影区的方法:第一种是把发射换能器装置在温跃层。那样一来,大部分声脉冲就在这一层传播,这就能发现位于远距离的目标。但是,使用这种声呐,必须有大功率的声源,因为由于受声波折射制约的声束拓宽,脉冲的强度就会降低。第二种方法是使用波长大于上层海水厚度的超低频声。对这种声波来说,海水就像是均匀介质。但遗憾的是,这又使我们回到了换能器体积的老问题上来了。要产生频率为10赫的任何定向声束,就得有直径为200米的换能器!

  研制远距离声呐最有希望的方向是建立声发系统(用固定声道远距离测距的系统)。声发的工作原理是应用声速在温跃层下面达到最低值处传播的声波。在这一深度产生的声,由于折射的原因,总是沿与声速最小值相应的方向传播,形成一条天然的深水声道,可以起最好的波导的作用。这种非常有效的声通道确实存在。通常位于一定的深度,例如,在大西洋是1274米;在太平洋东北部是637米。通过一系列实验,研究了应用声发系统的可能性:利用安放在深海声道区的测声站,成功地“听到”了在很远距离外的爆炸声。这就使现在的声发系统能够发现水下发射导弹的位置。但是,声发系统在和平事业方面,也就是在远距离导航系统中利用的前景最灿烂。现在我们还无法判断这种声波导航系统的准确性,但是,拉蒙特地质实验室(在美国)的科学家,用声发在印度洋中把信号从百慕大群岛发到约20000千米以外距离的实验,证明了声发系统具有很大的潜力。

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