УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА В ОБЛАКАХ Российский патент 1994 года по МПК B64D1/16 A01G15/00 

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к устройствам для измерения параметров потока в облаках, и может быть использовано для изучения структуры облаков и других работ в области метеорологии, связанных с определением скорости и направления восходящего и нисходящего потоков воздуха в метеорологических образованиях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения параметров потока в облаках, включающее зонд, закрепленный на парашютной системе, и систему измерения параметров потока - скорости и направления, выполненную в виде системы сопровождения зонда радиолокационной станцией (РЛС) с последующей обработкой информации по скорости и направлению потока.

Данное устройство обладает недостаточными эксплуатационными характеристиками и низкой точностью измерений параметров потока в заданном сечении облака из-за того, что перемещение зонда на парашютной системе осуществляется в вертикальном направлении, в результате чего для снятия параметров потока по горизонтальному сечению облака на одинаковом расстоянии от его верхней кромки необходимо осуществлять n-е количество запусков ракетозонда и его наведение в разные точки облака. Это приводит к тому, что возрастает время, необходимое для прохождения заданного сечения и измерения параметров потока. Кроме того, при увеличении скорости потока происходит увеличение величины смещения зонда от вертикального положения, но в то же время расширяется диапазон измеряемых скоростей потока, а при уменьшении скорости потока величина смещения зонда от вертикального положения уменьшается, однако одновременно сужается диапазон измеряемых скоростей потока. Различное отклонение зонда от вертикального положения при разных скоростях потока не позволяет с высокой точностью определить скорость потока в заданной точке облака, т. к. возникают трудности с повторным попаданием зонда в требуемую точку облака, что также ухудшает эксплуатационные характеристики устройства.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик устройства и повышение точности измерения скорости потока в заданном сечении облака за счет уменьшения количества проходов зонда по заданному сечению и выдерживания заданного положения зонда по высоте от верхней кромки облака.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения параметров потока в облаках, включающее зонд и систему измерения параметров потока, согласно изобретению снабжено носителем зонда, выполненным в виде летательного аппарата, связанного посредством гибкой связи с зондом, при этом система измерения параметров потока выполнена в виде приемника воздушного давления с элементами измерения разности полного и статического давлений и закрепленного на зонде узла ориентации по потоку приемника воздушного давления с элементами измерения его углового положения в виде трех потенциометров, причем приемник воздушного давления установлен на узле его ориентации, выполненном в виде флюгера.

Кроме того, узел ориентации по потоку приемника воздушного давления содержит закрепленные на раме оперение, груз, водило и два расположенных друг в друге взаимно перпендикулярных кольца, одно из которых выполнено с возможностью поворота в продольной плоскости и связано с потенциометром для измерения угла его поворота, а другое - с возможностью поворота по направлению и в продольной плоскости и связано с другим потенциометром для измерения угла поворота второго кольца по направлению, при этом водило с одной стороны жестко прикреплено к зонду, а с другой стороны к водилу прикреплено второе кольцо с возможностью поворота в боковой плоскости, связанное с третьим потенциометром для измерения угла поворота в боковой плоскости, причем приемник воздушного давления и оперение размещены на противоположных сторонах рамы вдоль ее продольной оси, а груз расположен в нижней части рамы в месте соединения первого и второго колец.

На фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 - конструкция системы измерения параметров потока.

Устройство для измерения параметров потока в облаках включает зонд 1 и систему 2 измерения параметров потока. Устройство снабжено носителем зонда, выполненным в виде летательного аппарата 3, связанного посредством гибкой связи 4 с зондом 1. При этом система 2 измерения параметров потока выполнена в виде приемника 5 воздушного давления с элементами 6 измерения разности полного и статического давлений и закрепленного на зонде 1 узла 7 ориентации по потоку приемника 5 воздушного давления с элементами измерения его углового положения в виде трех потенциометров 8, 9 и 10, причем приемник 5 воздушного давления установлен на узле 7 его ориентации, выполненном в виде флюгера.

Узел 7 ориентации по потоку приемника 5 воздушного давления содержит закрепленные на раме 11 оперение 12, груз 13, водило 14 и два расположенных друг в друге взаимно перпендикулярных кольца 15 и 16. Кольцо 15 выполнено с возможностью поворота в продольной плоскости ХОУ и связано с потенциометром 8 для измерения угла его поворота, а кольцо 16 - с возможностью поворота по направлению (в плоскости ХОZ) и в продольной плоскости и связано с потенциометром 9 для измерения угла поворота кольца 16 по направлению, при этом водило 14 с одной стороны жестко прикреплено к зонду 1, а с другой стороны к водилу 14 прикреплено кольцо 16 с возможностью поворота в боковой плоскости (УОZ), связанное с потенциометром 10 для измерения угла поворота в боковой плоскости, причем приемник 5 воздушного давления и оперение 12 размещены на противоположных сторонах рамы 11 вдоль ее продольной оси Х, а груз 13 расположен в нижней части рамы 11 в месте соединения колец 15 и 16.

Приемник 5 воздушного давления может быть выполнен также, как указано в книге Браславского Д.А., Логунова С.С. и Пельпора Д.С. Авиационные приборы и автоматы. М.: Машиностроение, 1978, с. 180, рис. 8.1.

Элементы 6 измерения разности полного и статического давлений могут быть выполнены в виде расположенных в корпусе сильфона, кривошипно-шатунной передачи и потенциометра, преобразующих перемещение сильфона под действием разности полного и статического давлений в электрический сигнал.

Зонд 1 выполнен в виде буксируемого тела удобообтекаемой формы с оперением.

Устройство работает следующим образом.

При подлете к исследуемому облаку на летательном аппарате 3 выбирают заданное сечение облака по высоте от его верхней кромки, в котором необходимо определить параметры восходящего или нисходящего потоков воздуха - скорость и направление, и, исходя из расстояния между летательным аппаратом 3 и зондом 1, определяемого длиной гибкой связи 4 и скоростью полета, летательный аппарат 3 занимает требуемый эшелон. При попадании зонда 1 в облако приемник 5 воздушного давления системы 2 измерения параметров потока располагается по направлению суммарного вектора, состоящего из вектора набегающего потока воздуха и восходящего (или нисходящего) потока воздуха благодаря наличию узла 7 ориентации по потоку и выполнению его в виде флюгера, причем положение суммарного вектора может изменяться по сечению облака. Сигналы, пропорциональные измеренным с помощью элементов 6 измерения разности полного и статического давлений и с помощью потенциометров 8, 9 и 10 углового положения приемника 5 воздушного давления, поступают для регистрации либо на борт зонда 1, летательного аппарата 3 или по радиолинии на землю, где могут быть вычислены полные характеристики восходящего или нисходящего потока воздуха по сечению в облаке - его величина и направление. Параметры потока воздуха в одном и том же сечении облака по высоте относительно верхней кромки могут быть повторно определены после разворота летательного аппарата необходимое число раз.

Предложенное устройство для измерения параметров потока в облаках позволяет улучшить эксплуатационные характеристики устройства и повысить точность измерения скорости потока в заданном сечении облака (по сравнению с прототипом) за счет уменьшения количества проходов зонда по заданному сечению и выдерживания заданного положения зонда от верхней кромки облака.

Кроме того, нет необходимости в многократной подготовке одного и того же зонда к запуску в заданную точку облака либо в наличии n-го количества зондов.

Время для прохождения заданного сечения облака необходимо значительно меньше по сравнению с прототипом из-за иного перемещения зонда (вместо вертикального осуществляется горизонтальное перемещение).

К преимуществам предложенного устройства относится также расширение диапазона измеряемых скоростей потока при заданной точности положения зонда в облаке.

Устройство обеспечивает измерение характеристик потока воздуха в мощных конвективных облаках, вхождение в которые летательного аппарата недопустимо.

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано для изучения структуры облаков и других работ в области метеорологии, связанных с определением скорости и направления восходящего и нисходящего потоков воздуха в метеообразованиях. Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик устройства и повышение точности измерений. Устройство содержит зонд 1 с системой измерения параметров потока, носитель зонда в виде летательного аппарата и гибкой связи, причем система измерения параметров содержит приемник 5 воздушного давления с элементами 6 измерения разности полного и статического давлений и узел 7 ориентации по потоку приемника 5 воздушного давления с элементами измерения его углового положения в виде потенциометров 8, 9 и 10. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА В ОБЛАКАХ, содержащее зонд и систему измерения параметров потока, отличающееся тем, что оно снабжено носителем зонда, выполненным в виде летательного аппарата, связанного посредством гибкой связи с зондом, при этом система измерения параметров потока выполнена в виде приемника воздушного давления с элементами измерения разности полного и статического давлений и закрепленного на зонде узла ориентации по потоку приемника воздушного давления с элементами измерения его углового положения в виде трех потенциометров, причем приемник воздушного давления установлен на узле его ориентации, выполненном в виде флюгера. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел ориентации по потоку приемника воздушного давления снабжен закрепленными на раме оперением, грузом, водилом и двумя расположенными друг в друге взаимно перпендикулярными кольцами, одно из которых выполнено с возможностью поворота в продольной плоскости и связано с потенциометром для измерения угла его поворота, а другое - с возможностью поворота по направлению и в продольной плоскости и связано с другим потенциометром для измерения угла поворота второго кольца по направлению, при этом водило с одной стороны жестко прикреплено к зонду, а с другой стороны к водилу прикреплено второе кольцо с возможностью поворота в боковой плоскости и связано с третьим потенциометром для измерения угла поворота в боковой плоскости, причем приемник воздушного давления и оперение размещены на противоположных сторонах рамы вдоль ее продольной оси, а груз расположен в нижней части рамы в месте соединения первого и второго колец.