Гидроакустика

ГИДРОАКУСТИКА (от гидро... и акустика), раздел акустики, в котором изучается распространение акустических волн в естественной водной среде, а также рассматриваются различные области и способы их подводного применения. Звук - единственный вид излучения, распространяющийся в жидкости на сколько-нибудь значительное расстояние. Поэтому звуковые волны являются единственным средством передачи и получения информации подводным путём для различных целей - навигационных, военных, подводной связи, обеспечения морских промыслов.

Возможность использования подводного звука известна с давнего времени. В 15 веке Леонардо да Винчи предложил прослушивать находящиеся в море корабли посредством опущенной в воду одним концом трубки. К началу 20 века в качестве средства навигации в прибрежных водах рассматривался подводный колокол. Разработка и применение гидроакустических методов для военных целей начались в годы 1-й мировой войны. В 1916 году российский инженер К. Шиловский совместно с П. Ланжевеном проводили испытания первого устройства для акустической эхолокации подводных объектов. Ланжевен разработал для этих целей пьезоэлектрический кварцевый преобразователь. В 1918 году была показана возможность обнаружения подводных лодок посредством гидроакустических сигналов. Противолодочные гидроакустические устройства широко использовались во время 2-й мировой войны. В 20 веке области применения методов гидроакустики существенно расширились в связи с развитием военно-морской и навигационной техники, а также с возрастающим промышленным освоением Мирового океана.

Основной научной задачей гидроакустики является изучение особенностей распространения акустических волн в реальных водных средах (океанах, морях, озёрах и т.п.), что сближает её с акустикой океана. Дальность распространения подводных звуков определяется поглощением звука в среде и дополнительным затуханием звука, вызываемым рассеянием на неоднородностях водной толщи, взволнованной поверхности, неровностях дна и поглощением в донных осадках. Рефракция звука, вызываемая пространственным изменением скорости звука, может, с одной стороны, приводить к образованию рефракционных зон звуковой тени (зон молчания), с другой - к явлению сверхдальнего распространения звука в океане за счёт образования подводного звукового канала. В условиях существования подводного звукового канала дальность распространения звука на частотах ниже нескольких килогерц от источника средней мощности (например, от взрыва небольших зарядов весом 1-2 кг) может достигать сотен и тысяч километров. С повышением частоты звука (ультразвук) затухание существенно увеличивается и дальность распространения сокращается до 3-5 км. На поглощение и рассеяние звука высокой частоты оказывают влияние мелкомасштабные неоднородности (турбулентность, звукорассеивающие слои биологического происхождения, пузырьки газов и др.). Особенно сильно этот эффект заметен в приповерхностном слое воды, где больше всего неоднородностей. Рассеяние звука неоднородностями толщи воды и её границ (морское волнение, неровности дна) вызывает явление подводной реверберации, которая является существенной помехой для ряда практических применений гидроакустики. Пределы дальности обнаружения гидроакустических сигналов ограничиваются и собственными шумами моря, вызываемыми обрушением волн, дождём, перекатыванием гальки морским прибоем, а также звукоизлучением морской фауны (киты, креветки и др.) и техногенными процессами (судоходство, промышленная деятельность на морских шельфах и тому подобное).

Научно-техническая задача гидроакустики - создание технических средств, основанных на использовании распространения звука в естественных водоёмах, так называемых гидроакустических средств. Их назначение: обнаружение, классификация подводных объектов и слежение за ними (смотри Гидролокация), осуществление связи между подводными и надводными кораблями, обеспечение безопасности судовождения; проведение океанографических исследований; обеспечение рыболовства и промыслов морских животных (смотри Рыболокация), поиск и разведка полезных ископаемых на поверхности и в толще морского грунта, сопровождение подводных буровых работ, контроль акустических полей морских судов и др. Конкретные виды гидроакустических средств, соответствующие одному (реже нескольким) из указанных назначений, называют гидроакустическими системами или гидроакустическими станциями; они могут объединяться в гидроакустические комплексы. К гидроакустическим устройствам относятся гидролокаторы, шумопеленгаторы, системы визуализации звукового поля, эхолоты, гидроакустические лаги, гидроакустические маяки, рыболокаторы (рыбопоисковые станции), гидроакустические буи.

Гидроакустические системы и комплексы могут устанавливаться на судах или кораблях, опускаться за борт или буксироваться. Они могут быть стационарными (т. е. расположенными на дне, чаще всего вблизи берега), позиционными (устанавливаемыми на якорях в определённых точках океана), свободно дрейфующими. Портативные гидроакустические средства применяются водолазами и аквалангистами.

К научно-техническим задачам гидроакустики относится также создание элементов гидроакустических средств - гидроакустических антенн, подводных излучателей звука и подводных приёмников звука (гидрофонов), а также электронных устройств для формирования излучаемого сигнала и обработки принятого. Для обработки полученной информации применяется электронно-вычислительная техника, адаптированная к специфике гидроакустических задач.

Лит.: Урик Р. Дж. Основы гидроакустики. Л., 1978; Справочник по гидроакустике. 2-е изд. Л., 1988; Корякин Ю. А., Смирнов С. А., Яковлев Г. В. Корабельная гидроакустическая техника. СПб., 2004.