Способ определения средних параметров вертикальной структуры поля течения с судна Советский патент 1993 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для .определения средних параметров течений в водоемах.

Целью изобретения является упрощение и расширение эксплуатационных возможностей способа определения средних параметров вертикальной структуры поля течения с судна.

Указанная цель достигается тем, что с. судна спускают на исходный горизонт измерительную линию, включающую в себя трос или грузонесущий кабель с закрепленным на нем устройством для измерения средней скорости и направления набегающего потока, и осуществляют последовательные циклы погружения на заданный горизонт и подъема на исходный горизонт измерительной линии. Исходный горизонт выбирается предельно близким к судну-носителю с учетом осадки судна и скорости его движения и может быть равен, например, величине

удвоенной осадки судна; нижний (заданный) горизонт определяется задачей и условиями измерений. В течение цикла зондирования выполняют измерения параметров вектора скорости набегающего потока и параметров сектора скорости судна-носителя (например, координат начала и конца цикла измерений). При этом специальных ограничений на режим движения судна-носителя не накладывается, однако методически целесообразно поддержание постоянного режима движения судна и постоянных режимов сматывания и выбира- ния измерительной линии во время одного цикла измерений для повышения корректности получаемых результатов.

С целью улучшения разрешающей способности и повышения достоверности получаемых результатов может осуществляться контроль местонахождения измерителя параметров вектора относительной скорости

00

ю со ю

о

течения. Для этого в ходе цикла зондирования дополнительно выполняют измерения глубины погружения измерителя и (или) ориентации известных участков измерительной линии и длины ее смотанной части.

На фиг. 1 показана измерительная система, предназначенная для реализации способа, в системе координат, движущаяся поступательно вместе с судном; на фиг. 2 - то же, в географической системе координат.

В измерительную систему входят гру- зонесущий кабель или трос 1, на котором крепится измеритель 2 параметров вектора скорости набегающего потока. Измерительная система может быть дополнена датчиком глубины местонахождения измерителя 2, измерителем ориентации коренного конца и измерителем смотанной части измерительной линии с целью дополнительного контроля местонахождения измерителя 2. В состав измерительной системы может быть включен дополнительный балласт или за- глубитель измерительной линии.

В качестве измерителя 2 параметров вектора скорости набегающего потока могут использоваться известные датчики аналогичного назначения, В качестве дополнительных средств контроля местонахождения измерителя 2 могут использоваться известные датчики давления, физические маятники или гировертикали, магнитные компасы или гирокомпасы, блоки-счетчики. Измерения параметров движения судна (координат начала и конца цикла измерений, и (или) модуля и направления вектора скорости его движения во время измерений) осуществляется с помощью навигационного оборудования, имеющегося на судне-носителе.

Способ определения средних параметров вертикальной структуры поля течения с судна осуществляется следующим образом.

В заданном районе акватории с судна опускают измерительную линию 1 с установленным на ней измерителем 2 относительной скорости потока на исходную глубину, равную, например, удвоенной осадке судна, после чего стравливают измерительную линию до достижения измерителем 2 заданной глубины, Определение глубины может осуществляться непосредственно, путем определения гидростатического давления, или аналитически, путем геометрического восстановления конфигурации измерительной линии в трехмерном пространстве по данным об ориентации известных участков, например, ее коренного и ходового концов, и о длине ее смотанной части. После окончания погружения начинают подъем измерительной линии на исходный горизонт. Измерение скорости набега ющего потока осуществляют при погруже нии и при подъеме измерительной линии; за этот же период определяют параметры

движения судна. Векторная сумма осред- ненных за полный цикл (спуск и подъем) URdu данных измерителя 2 и данных о скорости движения VPS судна-носителя определяют собой искомую среднюю скорость UAdu истинного (абсолютного) течения в диапазоне глубин, охваченном измерениями:

15

UAdU URdU + VPS .

(1)

Для оценки горизонтального пространственного масштаба трассы движения измерителя 2 из полученных данных могут быть 2Q определены параметры вектора средней скорости сноса измерителя 2 от судна в заданном диапазоне глубин во время погружения:

25VsMdW URdu URdw (2) и во время подъема:

-в

30

VsMUP .URdU - URUP .

(3)

где: VsMdw- VSMUP средние векторы переноса измерителя относительно судна при погружении и подъеме, соответственно;

URdW URUP - средние векторы относительной скорости течения, зарегистрированные за время погружения и подъема, соответственно,.

Аналогичные оценки векторов VSM(H, t),

где h - глубина, t - время, могут быть получены с привлечением данных об ориентации известных участков измерительной линии и длине ее смотанной части. Полученные таким образом средние характеристики

скоростей движения измерительной линии относительно судна во время цикла измерений позволяют дополнить данные, полученные от измерителя 2, уточнить параметры векторов скорости сноса измерительной линии на масштабах, меньших цикла измерений, и, в результате, определить текущую (внутри цикла измерений) изменчивость средних параметров вертикальной структуры поля течения в известных пространственно-временных границах.

Предложенный способ обладает следующими преимуществами. Осуществление способа возможно как с судна, лежащего в дрейфе, или стоящего на якоре, так и с судна, движущегося активно, без необходимости выполнения судном специальных маневров. При этом возможно применение как автономных измерителей относительной скорости потока, сохраняющих зарегистрированные данные на внутреннем накопителе, так и измерителей, передающих зарегистрированную информацию на борт судна-носителя по грузонесущему кабелю или гидроакустическому каналу. При реализации способа получают метрологически обеспеченную корректную оценку средних параметров вертикальной структуры поля скорости течений, определяемую по множеству точек траектории зондирования; при этом метрологическая обеспеченность обусловлена возможностью корректной метрологической аттестации используемого измерителя скорости потока стандартными методами. В реализации способа отсутствует необходимость оснащения судна-носителя специальным оборудованием для подготовки, развертывания и эксплуатации измерительной линии, а также для управления измерительным элементом, в результате упрощается обеспечение реализации способа специальным квалифицированным персоналом и, одновременно, упрощается задача автоматизации измерений. Для осуществления способа достаточно использования типового грузоподъемного оборудования (тросовые и кабель-тросовые лебедки), имеющегося на суднах, в том числе и на не предназначенных для научно-исследовательских целей, тем самым расширяются возможности применения способа путем выполнения попутных измерений.

Формула изобретения

1. Способ определения средних параметров вертикальной структуры поля тече5 ния с судна, заключающийся в погружении на заданную глубину измерительной линии установленным на ней датчиком, измерении параметров вектора относительной скорости течения и вектора скорости движения

0 судна, а также контроле глубины погружения измерительной линии, ее ориентации и длины, отличаю щи и с я тем, что, с целью упрощения способа и расширения его эксплуатационных возможностей, производят

5 последовательные циклы погружения на заданную глубину и подъема на исходный уровень измерительной линии, параметры вектора относительной скорости течения измеряют во время каждого погружения и

0 подъема и по осредненным за полный цикл векторам относительной скорости течения и скорости движения судна определяют среднюю скорость течения в заданном сл ое.

2. Способ по п. 1,отличающийся 5 тем, что, с целью улучшения его разрешающей способности и повышения достоверности результатов измерений, по измеренным вовремя погружения и подъема измерительной линии параметрам вектора от- 0 носительной скорости течения, а также по глубине погружения измерительной линии и ее ориентации и длине оценивают горизонтальный пространственный масштаб трассы движения измерителя путем опреде- 5 ления средних характеристик движения измерительной линии относительно судна во время цикла измерений.

/7/

AA

I V

Использование: определения средних параметров течений в водоемах. Сущность изобретения: производят последовательные циклы погружения на заданную глубину и подъема на исходный уровень измерительной линии, во время каждого погружения и подъема измеряют составляющие вектора относительной скорости течения, что обеспечивает возможность определения параметров вертикальной структуры поля скорости течения, осредненных в известном пространственно-временном масштабе. 2 ил.

фиг. 7