炸弹的吨位是怎么算出来的？
所谓声纳，是声音导航和测距的简称，是利用声波在水中速度高、衰减小的物理特性，对水下目标进行搜索、定位、识别和跟踪的技术设备，被誉为水下的“千里眼”和“迎风耳”。二战期间，英国驱逐舰沃克号使用声纳定位德国潜艇U-99，并将其沉入海底。
世界上第一台声纳是法国物理学家朗之万在1971年发明的。声纳的工作原理是回波探测(类似雷达)。声纳按工作方式分为被动声纳(或噪声声纳)和主动声纳，现在声纳两者都有。以被动声纳为例:当目标在水中或水面上运动时，会产生机械振动和噪声，这些振动和噪声会通过海水介质传递给声纳换能器。换能器将声波转换成电信号，然后传送给接收器。放大后，它们将被传送到显示控制台进行显示和测听定位。被动声纳隐蔽性好，识别目标能力强，但探测不到静态目标。主动声纳可以解决这个问题，但是容易暴露自己，探测距离短。
起初，声纳主要用于探测敌方潜艇。随着技术的发展，声纳已经发展到第五代，也就是数字声纳，性能有了很大的提高。除了军事用途用于潜艇搜索、探雷、潜艇预警、水下导航、水下(鱼雷、水雷等。)制导和对抗，也用于海洋资源探测、研发，如探测鱼虾、探测海洋深度、海底岩石、沉船、油管、海底电缆和水下障碍物、海底油气等。
声纳
声波是一种重要的观察和测量手段。有意思的是，英语中的“声音”一词，意思是作为名词的“声音”和作为动词的“探测”，可见声音和探测的密切关系。
在水中观察测量时，只有声波是唯一的。这是因为其他探测手段的作用距离很短，光在水中的穿透能力非常有限。即使在最清澈的海水中，人也只能看到十几米到几十米范围内的物体。电磁波在水中衰减也太快，波长越短损耗越大，即使使用大功率低频电磁波也只能传播几十米。但是声波在水中传播的衰减要小得多。几公斤的炸弹在深海通道爆炸，两万公里外都能收到信号。低频声波还可以穿透海底几千米的地层，获取地层中的信息。到目前为止，还没有发现比声波更有效的手段在水中进行测量和观察。
声纳是利用声波对水下目标进行探测和定位的装置，是水声学中应用最广泛、最重要的装置。它是SONAR这个词的翻译，SONAR是声音导航和测距的缩写。
声纳分为主动声纳和被动声纳。主动声纳是从简单的回声探测仪器发展而来的。它主动发射超声波，然后收集并计算回波。它适用于探测冰山、暗礁、沉船、海洋深度、鱼群、地雷和发动机关闭的隐藏潜艇。另一方面，被动声纳是从简单的水听器发展而来的。它监听目标发出的噪音，判断目标的位置和一些特征。特别适用于不能暴露自己但又想探测敌舰活动的潜艇。
换能器是声纳中的重要器件，是将声能转换成机械能、电能、磁能等其他形式能量的装置。它有两个用途:一是在水下发射声波，称为“发射换能器”，相当于空气中的扬声器；二是在水下接收声波，称为“接收换能器”，相当于空气中的麦克风(俗称“麦克风”或“话筒”)。换能器在实际使用中经常被用来同时发射和接收声波，专门用于接收的换能器也被称为“水听器”。换能器的工作原理是某些材料在电场或磁场的作用下膨胀和收缩，产生压电效应或磁致伸缩效应。
和很多科技的发展一样，社会的需求和科技的进步推动了声纳技术的发展。
“冰海沉船”事件促使了回声探测仪的诞生。1912 4月14日，英国豪华客轮泰坦尼克号在首航美国途中，在北大西洋与冰山相撞后沉没。历史上最大的沉船事故引起了巨大的震动，促使科学家们研究冰山的探测和定位。英国科学家l. F .孙国豪在沉船后5天和1个月申请了两项专利，利用声波探测空气和水中的障碍物，并提出使用定向发射换能器，但它没有继续努力实现他的专利。1913年，美国科学家R·A·费森登申请了多项水下探测专利，并利用自己设计的动圈换能器制成了第一台回声探测器。1965438+2004年4月，他用这台设备发出的500-1000 Hz的声波成功探测到了2海里(3.7公里)外的冰山。
然后，1914年爆发了第一次世界大战，极大地推动了水声定位定向武器的发展。第一次世界大战期间，德国潜艇发动了“无限潜艇战”，一时所向披靡，对协约国和其他国家的海上运输构成极大威胁，几乎中断了跨大西洋运输。协约国等国非常愤怒，相继研制水声设备探测水下潜艇。当时，许多著名的科学家参加了这项工作。俄罗斯一位年轻的电气工程师奇洛夫斯基(C. Chilovsky)很早就在冰海沉船事件的影响下开始了水声探测设备的研制。第一次世界大战开始后，他在瑞士山区养病，感受到反潜战的重要性。在那之后，他将研究转向为潜艇使用高频声波。回声检测的想法。他的建议于1915年2月被法国政府采纳，交由法国著名物理学家朗之万教授实施。朗之万和奇洛夫斯基决定使用高频超声波。他们使用云母静电换能器，将云母片放在两个电极中，施加交流电压发射声波，使用碳粒麦克风作为接收换能器。用这样简单的设备，在1915年底和1916年初在塞纳河两岸进行的间作繁殖试验获得成功，实现了两公里的单向繁殖。他们成功的消息传到了英国，英国也成立了一个团队开发回声探测器。
为了增加探测距离，需要提高发射强度和接收灵敏度。他们利用1880 ~ 1881年发现的压电效应来产生和接收超声波，但这种压电效应仍然很微弱。正好当时电子领域发明了一种大功率电子管高频放大器，正好用来放大压电效应。剩下的问题是找到具有压电效应的应时单晶。
191711年6月，郎之万终于说服了一位配镜师，将他珍藏多年的直径约10英寸的应时单晶展品赠送出去，从中切下晶片，做成应时压电接收换能器，再配以云母静电发射换能器，完成了6公里的单向信号收发。后来，应时被用来代替云母完成8公里的单向信号传输。
得知朗之万的成功后，英国人到处寻找大块的晶体。英国地质博物馆里的水晶展品全部走完之后，他们来到了法国水晶眼镜商那里。他们从仓库里找到了大量的晶体，并制作了回声探测器。美国科学家听了英法代表团对朗之万成功的介绍后，也加强了这方面的研究工作。
在此期间，人们还发展了被动声纳，它可以通过听敌舰的噪音来确定自己的位置。最早的被动声纳只有两个接收器，通过人类头部携带的听诊器来听。为了精确确定距离，后来发展成了每边有多个水听器的线性阵列。通过旋转线阵，用耳朵判断敌舰位置。
遗憾的是，直到一战结束，他们都没有进一步的建树。超声波回波探测成功得太晚，以至于在第一次世界大战中没有显示出它的巨大威力。然而，朗之万及其同事的杰出成就开创了超声波检测的应用技术。
在第一次世界大战后的几年里，主动声纳和被动声纳都得到了进一步的发展。英美主要发展主动声纳，使用高频，使其远离舰船噪声频段，不受舰船噪声干扰。比如朗之万的声纳频率是38kHz，后续的声纳频率大多是10 kHz ~ 30 kHz，而且因为频率高，可以形成很强的指向性。这个时候德国是战败国。根据《凡尔赛条约》的规定，不允许建造潜艇，只允许建造小吨位的战舰。他们的注意力集中在被动听音系统的开发上。德国巡洋舰“欧根王子”号每侧装有60个水听器的* *阵列，设计得很好，对以后被动声纳的发展影响很大。到1923，朗之万和奇洛夫斯基共同研制的回声探测器在法国物理学会50周年展览上展出。当时大约有3000艘战舰装备了不同类型的水声设备。1937出现了温度深度计，可以快速测量和计算海水中声速随深度的变化，从而掌握声音传播的条件，为声纳的进一步发展奠定基础。
声纳作为一种水声武器，在第二次世界大战和战后几年得到了全面发展。在此期间，声纳的作用范围在增加，分辨目标的能力在提高。各种类型的声纳已经出现，从核潜艇上的巨型声纳到鱼雷头部的制导声纳。为了在二战中使用声纳，美国集中力量深入研究声速分布对声音传播的影响，美苏独立发现是水文分布造成的。海洋通道”，声波不会与海面和海底发生碰撞，而是可以传播很远的距离。二战期间，交战双方损失了1000多艘潜艇，其中大部分是被声纳发现的。二战后，美苏进行军备竞赛，水声武器是其中一项重要内容。随着信息论和数字处理技术的飞速发展以及核潜艇和核导弹的出现，潜艇近距离监视的战术声学探测已经发展成为核潜艇在海洋远距离监视的战略声学探测。声纳为了增加探测距离，降低使用频率，以减少海洋的吸收和接收；为了保持较强的指向性，会增加水听器的数量，按照一定的空间分布安装成为声纳阵列；为了减少螺旋桨噪音的干扰，声纳往往安装在船头底部，但是船尾方向就成了声纳搜索不到的盲区。因此研制出用拖缆在船尾的海水中拖动声呐，其深度可以调节，称为变深度声呐，使声呐不受恶劣海况的影响。另外，换能器阵列的长度要增加，但船的长度有限，所以在船后拖一条长电缆，安装几百个换能器，组成一个几百米长的拖曳线列阵，可以放在一千米深的深水层中进行远距离探测；为了快速大面积搜索某海域的潜艇，还发展了直升机投放声纳浮标的方法，如图3-8所示。反潜机可以携带80多个声纳浮标。浮标放在海面后，可由电脑控制，可同时监测30多个声纳浮标，快速大面积搜索海域。
苏联解体，两大强国对峙消失后，声纳逐渐转向浅海勘探和海洋开发应用的研究。开发了海洋声学层析成像技术，可以观测200 ~ 300公里范围内的海洋现象，将海洋视为人体进行透视和层析。最近，海洋气候声学温度测量已经发展到测量海洋通道的声速，并且根据声速和海水温度的关系，可以计算海洋通道上的温度，并且可以获得由于二氧化碳的温室效应而导致的温升数据，以解决人类环境保护的重大问题。
现在声纳有了突飞猛进的发展。现代声纳的作用范围增加了数百倍，定向精度可以达到几分之一度，包括电子计算机和非常复杂的大规模集成电路。现代核潜艇声呐站的换能器直径几米，重量十几吨，耗电量相当于一个小城市。目前，除了船载声纳外，在港口、重要海峡和主要航道还固定布置了巨大的声纳换能器阵列。对于潜艇来说，这是声纳编织的一个重围。
此外，反侦查技术也发展迅速。如干扰声呐工作的噪声阻断技术、减少回波反射的隐身技术、干扰声呐判断的假目标等。这些在现代军事术语中被称为电子对抗。
有趣的是，声纳并不是人类的专利，很多动物都有自己的“声纳”。蝙蝠用喉咙每秒发出10-20次超声波脉冲，用耳朵接收回声。凭借这种“主动声纳”，他们可以探测到微小的昆虫和厚度为0.1毫米的铁丝障碍物..飞蛾等昆虫也有“被动声纳”，可以清楚地听到40米外蝙蝠的超声波，因此经常躲避攻击。但有些蝙蝠可以使用昆虫听不到的高频超声波或低频超声波，这样捕到昆虫的命中率还是很高的。看来动物也和人类一样在搞“声纳战”！海豚和鲸鱼等海洋哺乳动物有“水下声纳”，可以产生非常确定的信号来探索食物和相互交流。
海豚声纳灵敏度很高。它能在数米外发现直径为0.2 mm的金属线和直径为1mm的尼龙绳，分辨出两个时差为200μs的信号，发现数百米外的鱼群，蒙上眼睛灵活快速地走过满是竹竿的水池而不触碰它们。海豚声纳具有很强的“目标识别”能力，不仅能识别不同的鱼，区分黄铜、铝、胶木、塑料等不同材料，还能从记录其声音的人回放的声波中分辨出其自身声音的回声。海豚声纳的抗干扰能力也很惊人。如果有噪音干扰，它会加大通话强度盖过噪音，使其判断不受影响。而且海豚声纳也有表达感情的能力。已经证明，海豚是有“语言”的动物，它们的“对话”是通过它们的声纳系统进行的。特别是世界仅存的四种淡水海豚中最珍贵的中国长江中下游的白鳍豚，其声纳系统有明确的“分工”，用于定位、通讯和报警，并有通过调频调相的特殊功能。
很多种类的鲸鱼都是用声音来探测和交流的，频率比海豚低很多，范围也远很多。其他海洋哺乳动物，如海豹和海狮，也会发出声纳信号进行探测。
一辈子生活在极度黑暗的海洋深处的动物，不得不借助声纳等手段搜寻猎物，躲避攻击。他们声纳的性能远远超出了现代人类技术的能力。解开这些动物声纳之谜一直是现代声纳技术的重要研究课题。
和很多科技的发展一样，社会的需求和科技的进步推动了声纳技术的发展。
“冰海沉船”事件促使了回声探测仪的诞生。1912 4月14日，英国豪华客轮泰坦尼克号在首航美国途中，在北大西洋与冰山相撞后沉没。历史上最大的沉船事故引起了巨大的震动，促使科学家们研究冰山的探测和定位。英国科学家l. F .孙国豪在沉船后5天和1个月申请了两项专利，利用声波探测空气和水中的障碍物，并提出使用定向发射换能器，但它没有继续努力实现他的专利。1913年，美国科学家R·A·费森登申请了多项水下探测专利，并利用自己设计的动圈换能器制成了第一台回声探测器。1965438+2004年4月，他用这台设备发出的500-1000 Hz的声波成功探测到了2海里(3.7公里)外的冰山。
然后，1914年爆发了第一次世界大战，极大地推动了水声定位定向武器的发展。第一次世界大战期间，德国潜艇发动了“无限潜艇战”，一时所向披靡，对协约国和其他国家的海上运输构成极大威胁，几乎中断了跨大西洋运输。协约国等国非常愤怒，相继研制水声设备探测水下潜艇。当时，许多著名的科学家参加了这项工作。俄罗斯一位年轻的电气工程师奇洛夫斯基(C. Chilovsky)很早就在冰海沉船事件的影响下开始了水声探测设备的研制。第一次世界大战开始后，他在瑞士山区养病，感受到反潜战的重要性，于是将研究方向转到利用高频声波对付潜艇。回声检测的想法。他的建议于1915年2月被法国政府采纳，交由法国著名物理学家朗之万教授实施。朗之万和奇洛夫斯基决定使用高频超声波。他们使用云母静电换能器，将云母片放在两个电极中，施加交流电压发射声波，使用碳粒麦克风作为接收换能器。用这样简单的设备，在1915年底和1916年初在塞纳河两岸进行的间作繁殖试验获得成功，实现了两公里的单向繁殖。他们成功的消息传到了英国，英国也成立了一个团队开发回声探测器。
为了增加探测距离，需要提高发射强度和接收灵敏度。他们利用1880 ~ 1881年发现的压电效应来产生和接收超声波，但这种压电效应仍然很微弱。正好当时电子领域发明了一种大功率电子管高频放大器，正好用来放大压电效应。剩下的问题是找到具有压电效应的应时单晶。
191711年6月，郎之万终于说服了一位配镜师，将他珍藏多年的直径约10英寸的应时单晶展品赠送出去，从中切下晶片，做成应时压电接收换能器，再配以云母静电发射换能器，完成了6公里的单向信号收发。后来，应时被用来代替云母完成8公里的单向信号传输。
得知朗之万的成功后，英国人到处寻找大块的晶体。英国地质博物馆里的水晶展品全部走完之后，他们来到了法国水晶眼镜商那里。他们从仓库里找到了大量的晶体，并制作了回声探测器。美国科学家听了英法代表团对朗之万成功的介绍后，也加强了这方面的研究工作。
在此期间，人们还发展了被动声纳，它可以通过听敌舰的噪音来确定自己的位置。最早的被动声纳只有两个接收器，通过人类头部携带的听诊器来听。为了精确确定距离，后来发展成了每边有多个水听器的线性阵列。通过旋转线阵，用耳朵判断敌舰位置。
遗憾的是，直到一战结束，他们都没有进一步的建树。超声波回波探测成功得太晚，以至于在第一次世界大战中没有显示出它的巨大威力。然而，朗之万及其同事的杰出成就开创了超声波检测的应用技术。
在第一次世界大战后的几年里，主动声纳和被动声纳都得到了进一步的发展。英美主要发展主动声纳，使用高频，使其远离舰船噪声频段，不受舰船噪声干扰。比如朗之万的声纳频率是38kHZ，后续的声纳频率大多是10 ~ 30 kHz，而且因为频率高，可以形成很强的指向性。这个时候德国是战败国。根据《凡尔赛条约》的规定，不允许建造潜艇，只允许建造小吨位的战舰。他们的注意力集中在被动听音系统的开发上。德国巡洋舰“欧根王子”号每侧装有60个水听器的* *阵列，设计得很好，对以后被动声纳的发展影响很大。到1923，朗之万和奇洛夫斯基共同研制的回声探测器在法国物理学会50周年展览上展出。当时大约有3000艘战舰装备了不同类型的水声设备。1937出现了温度深度计，可以快速测量和计算海水中声速随深度的变化，从而掌握声音传播的条件，为声纳的进一步发展奠定基础。
声纳作为一种水声武器，在第二次世界大战和战后几年得到了全面发展。在此期间，声纳的作用范围在增加，分辨目标的能力在提高。各种类型的声纳已经出现，从核潜艇上的巨型声纳到鱼雷头部的制导声纳。为了在二战中使用声纳，美国集中力量深入研究声速分布对声音传播的影响，美苏独立发现是水文分布造成的。海洋通道”，声波不会与海面和海底发生碰撞，而是可以传播很远的距离。二战期间，交战双方损失了1000多艘潜艇，其中大部分是被声纳发现的。二战后，美苏进行军备竞赛，水声武器是其中一项重要内容。随着信息论和数字处理技术的飞速发展以及核潜艇和核导弹的出现，潜艇近距离监视的战术声学探测已经发展成为核潜艇在海洋远距离监视的战略声学探测。声纳为了增加探测距离，降低使用频率，以减少海洋的吸收和接收；为了保持较强的指向性，会增加水听器的数量，按照一定的空间分布安装成为声纳阵列；为了减少螺旋桨噪音的干扰，声纳往往安装在船头底部，但是船尾方向就成了声纳搜索不到的盲区。因此研制出用拖缆在船尾的海水中拖动声呐，其深度可以调节，称为变深度声呐，使声呐不受恶劣海况的影响。另外，换能器阵列的长度要增加，但船的长度有限，所以在船后拖一条长电缆，安装几百个换能器，组成一个几百米长的拖曳线列阵，可以放在一千米深的深水层中进行远距离探测；为了快速大面积搜索某海域的潜艇，还发展了直升机投放声纳浮标的方法，如图3-8所示。反潜机可以携带80多个声纳浮标。浮标放在海面后，可由电脑控制，可同时监测30多个声纳浮标，快速大面积搜索海域。
苏联解体，两大强国对峙消失后，声纳逐渐转向浅海勘探和海洋开发应用的研究。开发了海洋声学层析成像技术，可以观测200 ~ 300公里范围内的海洋现象，将海洋视为人体进行透视和层析。最近，海洋气候声学温度测量已经发展到测量海洋通道的声速，并且根据声速和海水温度的关系，可以计算海洋通道上的温度，并且可以获得由于二氧化碳的温室效应而导致的温升数据，以解决人类环境保护的重大问题。
现在声纳有了突飞猛进的发展。现代声纳的作用范围增加了数百倍，定向精度可以达到几分之一度，包括电子计算机和非常复杂的大规模集成电路。现代核潜艇声呐站的换能器直径几米，重量十几吨，耗电量相当于一个小城市。目前，除了船载声纳外，在港口、重要海峡和主要航道还固定布置了巨大的声纳换能器阵列。对于潜艇来说，这是声纳编织的一个重围。
此外，反侦查技术也发展迅速。如干扰声呐工作的噪声阻断技术、减少回波反射的隐身技术、干扰声呐判断的假目标等。这些在现代军事术语中被称为电子对抗。
有趣的是，声纳并不是人类的专利，很多动物都有自己的“声纳”。蝙蝠用喉咙每秒发出10-20次超声波脉冲，用耳朵接收回声。凭借这种“主动声纳”，他们可以探测到微小的昆虫和厚度为0.1毫米的铁丝障碍物..飞蛾等昆虫也有“被动声纳”，可以清楚地听到40米外蝙蝠的超声波，因此经常躲避攻击。但有些蝙蝠可以使用昆虫听不到的高频超声波或低频超声波，这样捕到昆虫的命中率还是很高的。看来动物也和人类一样在搞“声纳战”！海豚和鲸鱼等海洋哺乳动物有“水下声纳”，可以产生非常确定的信号来探索食物和相互交流。
海豚声纳的灵敏度很高。它能在数米外找到直径为0.2毫米的金属线和直径为1毫米的尼龙绳，能分辨出时差为200 burs的两个信号，能在数百米外找到鱼群，还能在不触碰的情况下，蒙上眼睛灵活快速地走过满是竹竿的水池。海豚声纳具有很强的“目标识别”能力，不仅能识别不同的鱼，区分黄铜、铝、胶木、塑料等不同材料，还能从记录其声音的人回放的声波中分辨出其自身声音的回声。海豚声纳的抗干扰能力也很惊人。如果有噪音干扰，它会加大通话强度盖过噪音，使其判断不受影响。而且海豚声纳也有表达感情的能力。已经证明，海豚是有“语言”的动物，它们的“对话”是通过它们的声纳系统进行的。特别是世界仅存的四种淡水海豚中最珍贵的中国长江中下游的白鳍豚，其声纳系统有明确的“分工”，用于定位、通讯和报警，并有通过调频调相的特殊功能。
很多种类的鲸鱼都是用声音来探测和交流的，频率比海豚低很多，范围也远很多。其他海洋哺乳动物，如海豹和海狮，也会发出声纳信号进行探测。
一辈子生活在极度黑暗的海洋深处的动物，不得不借助声纳等手段搜寻猎物，躲避攻击。他们声纳的性能远远超出了现代人类技术的能力。解开这些动物声纳之谜一直是现代声纳技术的重要研究课题。
我不知道论文是什么。这件事我只能帮你了。如果你组织得好，你将有可能完成一篇论文。