Способ определения средних параметровТЕчЕНия HA ХОду СудНА Советский патент 1981 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использ вано для определения параметров тече ний в океанах и морях. Известен способ измерения скороети течения, заключающийся в вытравливании линии буксирного конца с зая коренного судна и определении времени, которое требуется на вытравливание длины линя между двумя марками, находящимися на лике, при этом определяют также компасом угол между направлением поплавка, закрепленного к линю и диаметральной плоскостью судна l. Недостатки этого способа заключаю ся в том, что нельзя определять пара метры течения по ходу судна и чтоданный способ затруднительно автоматизировать. Известен также способ измерения течения при помощи вертушки и по дре фу вытравливаемого троса, заключающийся в том, что на заданную глубину опускают вертушку и лот, подвешенный на тонком тросе,подводят к блок-счетчику и ставят стрелки последнего на нуль. В момент достижения лотом дна включают секундомер. Вытра ливают трос до величины, не превышаю щей полуторной глубины, затем, не ожидая момента, когда трос вытянет- ся и оторвется лот от грунта, плавно выбирают слабину до характерного рывка, соответствующего отрыву лота от грунта. В момент рывка включают секундомер, определяют по блок-счетчику длину вытравленного троса и измеряют угол отклонения троса от вертикали. Далее определяют скорость дрейфа судна. Для этого вычисляют расстояние, на которое продрейфовало судно за интервал времени от момента касания лотом момента его отрыва от дна 2. Недостатки.этого способа заключаются в трудоемкости выполнения всех операций на судне, при определении модулей и направления, необходш мх для расчета векторов и истинного течения. Кроме того, такой способ осуществим только при Дрейфе судна, а не на ходу, так как при ходе судна невозможно осуществить сброс троса до длины касания лотом дна вследствие возникновения гидродинамических сил при обтекании жидкостью троса, не позволяющих заглубить трос. Недостатком данного способа является также невозможность осуществления его автоматизации. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения параметров течения на ходу судна электромагнитным измерителем течения ЭМИТ, заключающийся в том, что с судна опу кают отрезок кабеля, на конце которо го имеются два электрода, разнесенны между собой на определенное расстояние . При движении кабеля в воде возникает индукция электродвижущей силы в отрезке кабеля, буксируемого за судном, перемещающегося вместе с течением в магнитном поле Земли. Измеряют ЭДС, строго соответствующие направлениям бокового сноса кабеля относительно курса буксирующего судна, т.е. ЭДС определяется только HaniJ.4Bлением и значением бокового сноса ка беля течением з. Недостатками этого способа являются невысокие эксплуатационные каче ства аппаратуры, реализующей способ, и невысокая точность измерения скоростных характеристик течений, связанные с тем, что электроды не распо лагаются в одной горизонтальной плос кости при буксировке кабеля, так как ,они разнесены на некоторое расстояние друг от друга, и кабель буксируется под некоторым углом к поверхнос ти воды, что вносит ошибку в измерения . Возникает необходимость использования мировых магнитных карт для вне сения поправок в расчет течения. В результате движения масс морской воды под действием горизонтально го течения возникает электрическое поле индукции, которое вносит погреш ность в измерения течения. Кроме того, данный способ характе ризуется сложностью расчета течения ввиду использования коэффициентов, сни жающих погрешность измерения, устанавливаемых экспериментально или из таблиц. Цель изобретения - расширение эк сплуатационных возможностей способа и повышение точности определения сре них параметров течения. Указанная цель достигается тем, что разделяют нить на несколько отре ков определенной длины подвешиванием устройств для определения отклонения казэдого отрезка нити от воздействия течения: например, определяют угол 0 лежащий между вертикалью к поверх-ности воды и отрезками нити; определяют среднее значение отклонения нити от вертикали ©ср --р Ji 0 (где ,2,..,) и одновременно осуществл ют движение судна в любом направлении со скоростью, соизмеримой с пред лагаемой скоростью течения, осуществляя галсы, состоящие из прямых отрезков, образующих многогранник, и одновременно осуществляют слежение за изменением значения угла , который увеличивает или уменьшается, т.е. GCP ыах или fn-ih (причем) при вершах получают прямую/ на которой лежит вектор истинного трчения, изменяют курс судна на противоположный и определяют которое стремится к нулю, и осуществляют движение судна в этом направлении до получения минимального значения 0ср вер min &ср vviiM ®ср vn-iH Увеличивают или уменьшают скорость судна до тех пор, пока - 9срм-1м/при этом средняя скорость истинного течения равна скорости судна, а среднее направление течения равно курсу судна. На фиг. 1 схематически изображено судно, буксирующее измерительную линию; на фиг. 2 - геометрическая фигура, выполняемая для первоначального определения скорости и направления течения; на фиг. 3 - профиль измерительной линии; на фиг. 4-9 - движение судна при выполнении шестигранника ( фиг. 2 ) и положение плоскости, в которой лежит измерительная линия и течение, воздействующее на измерительную линию, вид в плане на фиг. 10 геометрическое построение векторов при средней скорости истиннона фиг. 11 го течения Vq, положение измерительной линии при ее буксировке судном по шестиграннику, соответствующему галсам на фиг. 12 - график, показывающий отклонение измерительной линии от вертикали в связи с параметром &, т.е. изображена величина h (фиг. 3) , которая зависит от угла и характеризуется увеличением или уменьшением его, значения соответствуют галсам; на фиг. 13 полигон океана, на котором выполня отся измерения температуры и давления с помощью измерительной линии, а также определяются параметры течения. Аппаратура, реализующая предлагаемый способ, содержит (фиг. I) измерительную линию 1, которую вытравливают за борт судна 2. На измерительной линии 1 закреплены датчики 3 давления, температуры или угла. Способ осуществляется следующим образом. Вытравливают измерительную линию 1 на которой закреплены датчики 3 давления и температуры за борт судна 2. Осуществляют движение судна, галсы которого очерчивают многогранник. На фиг. 2 изображены галсы А| относительно севера (и далее все векторы рассматриваются относительно севера . Определяют по показаниям приборов на измерительной линии профиль измерительной линии 1 (фиг. 3) по углам 9 каждого элемента на каходом галсе . 4-9 и фиг. 11, 12). Определяют

среднее значение „, отклонения из-мерительной линии на каждом галсе А,

®ср yJ Q-i Д® ,2,..,n (фиг. 4-9 и 11, 12) .

Сравнивают полученные значения ©ср на галсах Ау, с направлением движения судна (фиг. 4-9 и 12), причегд данные с помощью ЭВМ получают в реальном масштабе времени. При увеличении угла 9ср осу1дествляют движение судна V. до 11аксимального значения (фиг. 2 5 и 12). При ©ср вщачсудно разворачивают на 180° и продолжают движение в этом направлении. На этом курсе лежит вектор истинной скорости ;

а направление течения соответствует курсу судна. Если судно будет осуществлять движение в направлении, при котором угол ср ©ср ипиг то не надо менять курс судна. При получении ©ср ®ср (профиль Б, фиг. В и 12) увеличивают скорость судна, при этом € ср rr.Hv, - О-

Если при увеличении скорости судна происходит увеличение значения вер то необходимо в этом случае уменьшать скорость судна. Получив значение ,(0иг. 12 эпюры определяют истинное значение средней скорости течения и его направления, которые соответственно равны скорости движения судна и направлению его движения.

Далее судно может двигаться в любом направлении в соответствии с выбранной геометриеГ полигона, например, по BH галсам.

Затем с необходимой дискретностью, например через 2 ч (определяемой точностью Измерения параметров тече-ния, осуществляют судном галсы (фиг. 13.) в точке Гч полигона океана со скоростью, равной ист определенной при выполнении судном многогранника в точке Г-( . В галсах Гз.геометрические элементы имеют прямые отрезки, направление которых совпадает с направлением отрезков, полученных при выполнении судном многогранника, при галсах которого получено вср () ЕСЛИ при выполнении фигуры точке r/i вср срwin то в этой точке Т течение такое же, как и в точке Df .

Через 2 ч судно в точке Г выполняет фигуру Д(1, аналогичную фигуре Дд. При этом ©ср вер VH-JH , следовательно, и в точках Г течение имеет параметры, равные параметрам в точке Г и Tj. Если при выполнении фигуры Д в точке Г, окажется, что .©ср -f судно начинает выполнять определенные операции, находят Vpp 0, при этом в точке Гл выполняется фигура Д..

Через выбранную дискретность времени судно выполняет в следующей точке Г фигуру, аналогичную Г, если

при этом «ср точке Г течение подобно течению в точке Г4.. Параметры течения фиксируются. Между каждыми дискретными выполнениями фигур судном в точках Г, для определения VCP ист ч направления течения бср ист измеряют угол положения измерительной линии Г, лежащей в плане относительно диаметральной плоскости судна (фиг. 10), т.е. определяют плоскость Z, в которой лежит профиль измерительной линии. Определяют вектор среднего течения по зависимости Vcpz К в ср ,где К - коэффициент, определяющий зависимости, находится экспериментально. Направление вектора известно из направления плоскости Z. Определяют скорость истинного течения ср ист геометрическим построением фиг. 10 или аналитически. При геометрическом построении вектор Vcp ист ремещают параллельно самому себе до сопряжения с прямой, на которой лежит скорость течения V су ист айдгенная при . выполнении судном галсов для определения Оср у,1и и сопряжения с концов вектора движения судна.

Таким образом, возможно на исследуемом полигоне океана построить поле течения.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в расширении эксплуатационных возможностей (способ можно использорать во всех морях, океанах независимо от глубины, отношения исследуемого слоя и слоя с минимальным течением, магнитных аномалий и Магнитного поля Земли и т.п.), а также повышении точности измерения параметров поверхностного течения.

Формула изобретения

Способ определения средних параметров течения на ходу судна путем вытравливания нити за борт судна, буксировки ее и маневрирования судна по определенным галсам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, осуществляют разбивку нити на несколько отрезков путем закрепления на ней датчиков углов, измеряют отклонение каждого отрезка нити от вертикали, определяют среднее отклонение всей нити путем осреднения полученных результатов, осуществляют галсы в виде прямых отрезков, образующи х многогранник, определяют направление, при котором среднее отклонение нити достигает максимального значения, при котором определяют направление течения, меняют курс судна на противоположный и изменяют скорость судна до получе1ния нулевого среднего отклонения нити, при Котором определяют среднюю скорость течения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . Фиг.З

1,Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. Л., Гидрометеоиздат, 1977, с. 391.

2,Там же, с. 4 3 3

3,Там же, с. 305-406 (прототип). .

.7 Фаг.-fO фиг..9

А2

л; /;

/1г Л/

Л/

.

./

5/

/e.f5