Page 23 - 《应用声学》2021年第4期

第 40 卷 第 4 期 张朝金等： 国际监测系统水听器台站监测能力分析 507

表 2 不同潜艇源级下的探测距离估计 (HA11,
North) фѤฉ
Table 2 The estimation of detection range
at different submarine source level (HA11, ඡจ
ᑢү1
North)
ඡจ ඡจ
优质因数/dB 探测距离/km 探测距离/km 探测距离/km ᑢү2
ᑢү3
FOM = SL − NL SD = 100 m SD = 300 m SD = 500 m
25
图 14 水下爆炸产生的冲击波及气泡脉动
30
35 Fig. 14 The explosion waveform
40
图 15 为1 kg 三硝基甲苯 (TNT) 当量的爆炸声
45
50 源的源级谱级均值 (考虑了冲击波和气泡脉动)，分
55 别在100 m和300 m深度爆炸的结果。在100 Hz频
0.40
点上，谱级约为 203 dB。爆炸产生的冲击波和气泡
60 0.90 1.08
脉动之间的时延导致频谱上出现一定的干涉结构，
65 2.61 2.54 2.72
70 4.80 5.47 6.17 频率小于 100 Hz 时，不同爆炸深度的声弹声源级
75 7.99 8.20 8.30 谱级有明显差异。在估计水听器台站对水下爆炸

的监测能力时，认为 1 kg TNT 当量的声源谱级为
表 3 不同潜艇源级下的探测距离估计 (HA11,
South) 205 dB，考虑冲击波和气泡脉动的总能量，爆炸当
Table 3 The estimation of detection range 量每扩大 10倍，源级增加 6.4 dB [15] ，则得到不同爆
at different submarine source level (HA11, 炸当量的源级谱级，如表4所示。
South)
210 100 m
300 m
优质因数/dB 探测距离/km 探测距离/km 探测距离/km
200
FOM = SL − NL SD = 100 m SD = 300 m SD = 500 m
25 190
30 ܦູጟ/dB
35 180
40
170
45
50 160
10 2 10 3 10 4
55 0.50
ᮠဋ/Hz
60 1.07 1.23
65 2.96 2.89 2.78 图 15 1 kg TNT 当量爆炸声源级均值
70 4.84 5.21 6.00 Fig. 15 The average source level of 1 kg TNT
75 7.07 7.74 8.01
equivalent weight exposive charge
3.2 对水下爆炸事件的监测能力分析 表 4 中的数据是以爆炸当量为 kg 量级的实测
水下突发事件经常伴随水下爆炸，水下爆炸产 数据外推得到，对于大当量的水下爆炸来说，具有参
生的声信号一般包含冲击波及多个气泡脉动成分， 考意义。但对于实际情况，水下爆炸产生的水下声
如图14所示。Cole在文献[14]中对水下爆炸现象进 源级与多种因素有关，如爆炸深度、爆炸类型。水下
行了分析归纳，系统总结和研究了水下冲击波形成 突发事件伴随的爆炸，一般相当于 100 kg TNT 当
及传播理论、冲击波测量、界面效应等，形成了一套 量量级，如 2017 年 11 月 15 日失事的阿根廷潜艇圣
较为完整的水下爆炸理论，建立了一定范围内爆炸 胡安号相关的爆炸 [16−17] 。对于水下核爆的情况，其
流场中冲击波压力峰值、比冲量及能量密度的计算 和化学爆炸也有区别。与化学爆炸相比，核爆释放
公式，此理论被大量试验所验证，并有很高的精度。 的能量更多转换为冲击波。化学爆炸产生的气泡中