Поверхностный дрейфующий океанографический буй

 

1. ПОВЕРХНОСТНЫЙ ДРЕЙФУЮЩИЙ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИЙ БУЙ, содержащий поверхностный плавучий корпус носителя с измерительной и связной аппарату рой и блоком обработки информац 1И, к которому прикреплен верхний конец 1ёсу1цего троса, связанного другим нижним концом с подводным парусом, снабженным балластом, о т л и ч -а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров те чения на заданной глубине, он снабжен датчиком давления, компасом с устройством трансформирования его показаний в электрические параметры, 8 также упругим звеном, установленным последовательно между несуи1им Тросом и подводным парусом и прикрепленным одним концом к нижнему концу несущего троса, а другим концом - к подводному парусу, на котором смонтирован упомянутый компас, при этом датчик давления установлен в месте соединения верхнего конца упругого . звена с нижним концом несущего троса, а компас и датчик давления связаны трактом передачи информации с упомя . нутым блоком обработки (формации в корпусе носителя. . . 2. Океанографический буй по п.1, о т л и чающи и с я тем, что i i упругое звено включает редуктор с установленным на его входной оси бара (Л баном, на котором намотан закрепленный на нем одним концом дополнительный трос, при этом редуктор снабжен закрепленной одним, концом на его выходной оси многовитковой спиральной пружиной, другой конец которой закрепо ( лен на корпусе редуктора, а другой конец допрлйительного троса барабана vi соединен с подводным парусом с можностью поворота паруса вокруг точ .ки его подвеса к этому тросу. 4ib

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИН (39) (11) А

Зщ> В 6 В 21

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ъ ?, ° - );„ p .с !

У Ф

ФЙ6;," .1) * J",Рд

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3447933/27-11 (22) 04.06.82 (46) В. 10 83 . Бюл. М 38 (72) С.В.Мотыжев, Н.И.Киященко, Н.А.Тешин и В.С.Чечеткин (71) Морской гидрофизический инсти": тут. АН Украинской ССР (53) 627.913(088.8) (56) 1. Берто О. Океанографические буи. Л., "Судостроение", 1979, с. 122 (прототип)...(54)(57) 1. ПОВЕРХНОСТНЫЙ ДРЕЙФУЮЩИЙ

ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИЙ БУЙ, содержащий по верхностный плавучий корпус носителя:: с измерительной и связной аппарату" рой и блоком обработки информации, к которому прикреплен верхний конец несущего троса, связанного другим нижним концом с подводным парусом, снабженным балластом, о т л и ч а ю" шийся тем, что, с целью повыше" ния точности измерения параметров. те" чения на заданной глубине, он снабжен датчиком давления, компасом с устройством трансформйрования его"ne" казаиий в электрические параметры; в также упругим звеном, установленным последовательна между йесущим тросом и подводным парусом и прикрепленным одним концом к нижнему концу несущего троса, а другим концом - к подводному парусу, на котором смонтирован упомянутый компас, при этом сдатчик давления установлен в месте соединения верхнего конца упругого, звена с нижним концом несущего троса, а компас и датчик давления связаны трактом передачи информации с упомянутым блоком обработки информации в корпусе носителя.

2. Океанографический буй по п.1, отличающийся тем, что упругое звено включает редуктор с ус" >

4Q тановленным на его входной оси барабаном, на котором намотан закрепленный на нем одним концом дополнительный трос, при этом редуктор снабжен закрепленной одним, концом на его выходной оси многовитковой спиральной пружиной, другой конец которой закреп лен на корпусе редуктора, а другой конец допрлнительного троса барабана соединен с подводным парусом с возможностью поворота паруса вокруг точ, ки его подвеса к этому тросу.

1 10"7774 2

Изобретение относится к океанографии, в частности к поверхностным дрейфующим океанографическим буям, Известен поверхностный дрейфующий океанографический буй, содержащий поверхностный плавучий корпус носителя с измерительной и связной аппаратурой и блоком обработки информации, к которому прикреплен верхний конец несущего троса, связанного другим нижним 10 концом с подводным парусом, снабженным балластом 1 1 .

Недостатком известного поверхностного дрейфующего океанографического буя. является малая точность измерения параметров течения на заданной глубине.

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров течения на заданной глубине. 20

Поставленная цель достигается тем, что поверхностный дрейфующий океанографический буй, содержащий поверх" ностный плавучий корпус носителя с измерительной и связной аппаратурой 25 и блоком обработки информации, и которому прикреплен верхний конец несущего троса, связанного другим нижним концом.с подводным парусом,снабженным балластом, снабжен датчиком давления, компасом с устройстврм трансформирования его показаний в . электрические параметры,, а также упругим звеном, установленным последовательно между несущим тросом и подводным парусом и прикрепленным одним концом к нижнему концу несущего троса, а другим концом - к подводному парусу, на котором. смонтирован упомянутый компас, при этом датчик давления установлен в месте соединения верхнего конца упругого звена с ниж. ним концом несущего троса, а компас и датчик давления связаны трактом пе редачи информации с упомянутым блоком обработки информации в корпусе носителя.

Кроме того, упругое звено включает . редуктор с установленным на его входI ной оси барабаном, на котором намотан. закрепленный на нем одним концом дополнительный трос, при этом редуктор снабжен закрепленной одним концом на его выходной оси многовитковой спи-„ ральной пружиной, другой конец кото- 55

I рой закреплен на корпусе редуктора, а другой конец дополнительного троса барабана соединен с подводным парусом с возможностью поворота паруса вокруг точки его подвеса к этому тросу.

На фиг.1 схематически изображен поверхностный океанографический буй, общий вид; на фиг,2 - упругое звено, общий вид; на фиг.3 - взаимодействие сил, действующих на буй, схема; на фиг.4 - векторная диаграмма .определения скорости течения на заданной глубине.

Поверхностный дрейфующий океанографический буй содержит поверхностный плавучий корпус 1 носителя -с измерительной и связной..аппаратурой и блоком обработки информации (не пока-, занор, к которому прикреплен верхний конец д несущего троса 2, связанного другим нижним концом 3 с подводным парусом 3, снабженным балластом 4, Буй снабжен датчиком давления, компасом 6 с устройством трансформирования ег рроказаний в электрические параметры, а также упругим звеном 7, установленным пооледовательно между несущим тросом 2 и подводным парусом

3 и прикрепленным одним концом к нижнему концу Д несущего троса 2, а другим концом - к подводному парусу 3.

На подводном парусе 3 смонтирован компас 6. Датчик 5 давления установлен в месте соединения верхнего конца упругого звена 7 с нижним концом.3 несущего троса 2. Компас 6 и датчик 5 давления связаны трактом передачи информации, например электрическим кабелем, индукционным каналом или акустическим каналом, с упомянутым блоком обработки информации в корпусе 1 носителя, Упругое звено 7 включает редуктор 8 с установленным на его входной оси 9 барабаном 10, на котором намотан закрепленный на нем одним концом дополнительный трос 11 „ при этом редуктор 8 снабжен закрепленной одним концом на его вы" ходной оси 12 многовитковой спиральной пружиной 13, другой конец которой закреплен на корпусе редуктора 8, выполненным в виде рамы 14. Другой конец 4 дополнительного троса 1 1 .барабана соединен подводным парусом 3 с возможностью поворота подводного паруса.,3 вокруг точки его подвеса к этому тросу 11.

На фиг,3 показано взаимодействие сил, действующих на буйковую станцию, где 1 - общая длина несущего троса 2 и силовой рамы 14 упругого звена 7;

3 104777 д1 -.необходимое приращение Упру гого звена 7 в зависимости от угла отклонения; О - точки подвеса несущего троса 2; А - точка подвеса подводного паруса 3. .5

Буй работает следующим образом.

При угле о отклонения паруса 3, равном О, к точке подвеса А приложена сила тяжести паруса 3 вместе с балластом 4,,которая уравновешивает- 10 ся силой реакции Т несущего троса 2.

Упругое звено 7 в этом случае также находится под воздействием силы Ч, т.е. Т1 = W.

Если д(. Ф О, на несущий. трос 2 и 15 упругое звено 7 действует сила F„ являющаяся равнодействующей силы тя-. жести W и силы сопротивления паруса Й . обтекающему течению. 8 этом случае.

W 20

T =F—

cosd q

Удлинение упругого звена 7 на Ь1 происходит за счет приращения силы реакции 6Т Т - Т (чеп больше значение о, тем больше значение Т ), На фиг.4 показана векторная диаграмма определения скорости течения на заданной глубине; где 7дррр - вектор скорости дрейфа поверхностного носителя относительно опорной систе-мы координат; 1/< - 00р- вектор скорос" ти течения, обтекающего парус, пара", метры которого определяются с помощью новых существенных; признакав;

V q-. вектор скорости течения на за 35 данной глубине.

Составляющая течения, которая обтекает парус 3, создает давление на него, что вызывает отклонение от вертикали паруса 3 с несущим тросом

2 по дуге, радиус которой определяется длиной несущего троса 2. Пока" зания датчика 5 давления изменяются при отклонении несущего троса 2 от вертикали от значения на глубине Н

45 до значения на глубине Н . Показания датчика .5 однозначно соответствуют определенным значениям скорости течения, обтекающего парус 3. Ванные с датчика 5 давления передается в аппа- 50 натуру корпуса 1 носителя по прово" дам в случае, если в качестве несу" щего троса 2 используется кабель-трос, либо по индукционному каналу в слу- .. чае использования металлического 55 троса, либо по акустическому в случае, если необходимо использовать неметаллический несущий трос. Ана" логично передаются данные с компаса

6, в качестве которого может быть использован магнитный компас с преобразователем угла поворота стрелки в электрические сигналы, либо феррозонд, сигналы с которого зависят от угла поворота относительно составляющих магнитного поля Земли. 8 случае использования кабель-троса или просто кабеля для передачи данных с компаса 6 в блок обработки информации аппаратуры носителя 1 кабель в районе упругого звена 7 должен иметь слабину, достаточную для того, чтобы не препятствовать работе звена 7. При. этом, с целью исключения захлестывания кабеля. вокруг звена 7, парус 3 с компасом 6 подсоединяется к нижнему концу удлиняющегося звена 7 через вертлюг, способный передавать электрические сигналы.. Подводный парус 3 имеет однозначную ориентацию относительно направления обтекающего течения, 8 качестве такого паруса 3 можно испольэовать конструкцию в виде.. оконной решетки с нормально присоеди" ненным вертикальным крылом. 8 этом случае компас б, установленный на парусе 3, всегда покажет направление течения, обтекающего парус 3. При отклонении несущего троса 2 от верти кали со стороны паруса 3 начинает действовать дополнительная сила натяжения . hT, приложенная к нижнему концу упругого звена.

Из фиг. 3 следует, что

ЬТ=Т -Т,, = -Ч, W

cos

W(1-cos )

COS ID

Из этого же чертежа определяется 6,1

А Е из Ь.А ЕВ

cos с другой стороны А Е = СА 1 - ОС.

Из ЬОСА ОС

1 1

cos тогда А Е 1(1-cosaL)-и. окончательно

1(1-соМ) созе

Упругое звено характеризуется зави" симост ью

ЬТКМ, где К - коэффициент упругости, Подставив в это выражение значения ДТ«и М, получаем

К=jт.е. К - величина линейная.

104777"

Это позволяет использовать в к,»честве упругого элемента либо пружину, либо резиновый жгут.

Пружинное упругое звено (фиг.2) работает следующим образом. 5

Подбирая коэффициент упругости пружины 13, коэффициент передачи редуктора 8 и диаметр барабана 10, добиваются требуемого коэффициента упругости звена 7 К - . Перед подвеМ сом паруса 3 с целью исключения вытягивания троса барабана 10 на длину 1 пружине 13 обеспечивают предварительную затяжку с таким расчетом, . чтобы сила крутящего момента, прилагаемая к месту подвеса паруса 3 со стороны троса барабана 10, равнялась весу паруса .3W, 8 этом случае система, включающая упругое звено 7 и парус 3 с балластом 4, находится в статическом равновесии и 4 1=0. Отклонение на угол с(. за счет обтекающего течения вызыварт появление до" полнительной силы натяжения Т, что приводит к необходимому увеличению длины Ь1 упругого звена.

Погрешность, которая может воз— никнуть, если не учитывать составляю щую течения, действующего на обтекае". мый парус, для наиболее простого слу" 30 чая, когда на поверхности течевие равно нулю V 0 (на заданной глу" бине течение имеет скорость V<), определяется следующим образом. 8 установившемся .режиме парус .3 не в состоянии обеспечить перемещение буя со скоростью У,поскольку на поверхностный носитель 1 действует т6рмозящая сила гидродинамического сопротивления встречного потока, обтекаю- 40 щего притопленную часть буя. При этом возникает течение, обтекающее носитель 1 Чертя, и течение, обтекающее парус 3 Узрит, и наблюдается равенство сил гидродинамического 45 сопротивления, приложенных к носите лю (Rg) и парусу (Rg)

Rg Rв °

Раскрывая значения R4

4 ц гЯ

- @ С s ogxs ЬДСи5и оз,я » у

2 где Вд - массовая плотность. воды;

С, С - коэффициенты сопротивления буя и паруса; I

6 á, - миделевое сечение ля и паруса.

Откуда

" 306vns Ci1 би 05>yl 8 g

Для конкретного буя

Vo 8

4 или овти g Vggтг

1 опт и

С другой стороны скорость течения на заданной глубине можно предотa:.вить как векторную сумму скорости дрейфа корпуса 1 носителя Vpp и со" ставляющей течения, обтекающего парус 3, овти 2 = .др + вгги

Поскольку в рассматриваемом случае скорость поверхностного течения V =О, то скорость течения, обтекающего буй

Ча ;т, равна скорости дрейфа буя от" носительно опорной системы координат, t,е.

ЧОВФb УДР тогда

1 ока " 7 Af

1 аЧ =Ч + Н а- Др у что соответствует ошибке в. 203 в слу чае, если определяется скорость течения на заданной глубине только по траектории перемещения корпуса 1 носителя без учета скорости составляющей течения, обтекающего парус 3. В реальных условиях структура течения по глубине носит как правило еще более сложный характер, в частности на поверхности и на заданной глубине течения различны по направлению . В этом случае, если не учитывать состав ляющую течения, обтекающего парус 3, ошибка при определении нараметров течения на глубине только по харак" теру перемещения носителя будет бо" лее значительна.

Предложенный поверхноотный дрейфующий буй обеспечивает значительное повышейие точности измерения скорости, на заданной глубине за счет учета ско рости и направления течения, обтекаю" щего подводный парус, а также сохранения местоположения паруса на задан" ной глубине.

3047774

1О4УУУ4

Ю

Составитель В,Старых

Техред Т,Наточка Корректор О.Тигор!

Редактор И.Дылын

Заказ 7831/19. Тираж 460 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4