Устройство для определения динамических наклонений морского судна на качке

 

Изобретение относится к измерительной технике в судовождении и может быть использовано для определения динамических наклонений морского судна на качке. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением положения центра масс и действием угловой скорости и углового ускорения. С четырех датчиков 1-4 устройства, выполненных в виде короткопериодных маятников, поступает информация на вычислительную схему 5 с индикатором 6. Датчики 1-4 расположены на одной прямой на известных расстояниях друг от друга. Положение прямой линии относительно центра масс может быть произвольным. Для упрощения, расстояния между соседними маятниковыми датчиками выбраны равными между собой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 С 9/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHAM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4236000/24 — 10 (22) 11.03.87 (46) 30.11.89. Бюл. К 44 (72) В.И. Бойков, Н.А. Кирсанова, В.В. Лебедев и В.А. Рыжков (53) 528 ° 541(088.8) (56) Шулейкин В.В. Физика моря. 11., АН СССР, 1953, с. 968-971.

Пач ент Великобритании N 1321025, кл. G Ol С 9/06, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛГНИЯ ДИНА11ИЧЕСКИХ НАКЛОНЕНИЙ МОРСКОГО СУДНА

НА КАЧКЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике в судовождении и может быть использовано для определения динамических наклонений морского суд„„SU„„1525461 А 1 на на качке. Белью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением положения центра масс и действием угловой скорости и углового ускорения. С четырех датчиков 1-4 устройства, выполненных в виде короткопериодных маятников, поступает информация на вычислительную схему 5 с индикатором 6. Датчики l 4 расположены на одной прямой на известных расстояниях друг от друга. Положение прямой линии относительно центра масс может быть произвольным. Дпя упроцения расстояния между соседними маятниковыми датчиками выбраны равными между собой. д

1 з.п. ф-лы, 3 ил. е

1525461

Изобретение относится к измерительной технике в судовождении и может быть использовано для определения динамических наклонений морского судна на качке.

Цель изобретения — повышение точности эа счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением поломения центра масс и действием угловой скорости и углового ускорения.

На фиг. 1 дана схема размещения маятников на судне; на фиг. 2 — схема сил, действующих на маятник на качке; на фиг. 3 — схема предложенного устройства.

Устройство содержит датчики 1-4, вычислительную схему 5 и индикатор 6, вход которого соединен с выходом схемы 5. Выходы датчиков 1-4 соединены с входом схемы 5.

Устройство работает следующим образом.

На судне в плоскости мидель-шпангоута на вертикали, по которой указан-25 ная плоскость пересекается с диаметральной плоскостью, в точках А », А2, As, А». На четырех уровнях, например выше центра тяжести судна (т. О), при1 нимаемого за центр качания, устан" 3О ливают датчики 1 2, 3, 4 (кренометры маятникового или жидкостного типа) ° При этом расстояние между датчиками равно 6 (между 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 соответственно).

При наклонах судна на качке одновременно производят отсчеты по кренометрам 1-4 и по полученным измеренным данным вычисляют действительные текущие значения углОн наклОна судна 4р

Это возможно по следующим соображениям.

При качке судна механический маятник, если он подвешен н точке, не совпадающей с центром качания коРпуса 45 судна, дает угол наклона судна, не равный действительному.

На фиг. 2 прямая ОА изображает след диаметральной плоскости судна, наклонившегося при бортовой качке на

5Р угол (у к вертикали. Точка 0 — центр качания судна, т. Л» — точка подвеса маятника кренометра 1, отстоящая от центра качания на расстояние r a ускорение, обусловленное действием радиального и тангенциального ускоре- 5

55 ний, R — равнодействующая ускорений.

Производя отсчет по датчику 1, получают угол (,, не равный (. При этом связь между текушими значениями эих углов момнс предс тавить как а cos †;»„вin Ч д + а„з .Нlf + à „cosg ! где (f,,(p — измеренный с помощью кренометэа 1 и действительный угол наклона судна;

de а =г -- — тангенцнальное ускорение

de

2 а „ = ru3 — радиальное ускорение;

g .- Ускорение силы тяжести; (»г — у»ловая скорость наклона судна;

r — отстояние точки А» подвеса маятника до центра 0 качания судна.

При динамическом крене судна на каждую единицу массы в точке А » действует ускорение силы тяжести g и ускорение а, обусловленное действием тангенциального а и радиального а„ ! ускорений при колебательном движении точки А » на качке. Поэтому положение маятника н каждый данный момент сооТ ветстнует не направлению действия ускорения силы тяжести я (не по отвесной линии), а равнодействующей R (мгноненной вертикали), т.е. маятник отклоняется от отвесной линии на некоторый угол. Величина этого отклонения зависит от значения ускорений на качке, угла наклона и расстояния от точки подвеса маятника до центра качания судна. Значение раэностного уг1 ла увеличивается по мере удаления точки подвеса маятника от центра качания судна, т.е. значения измеренных углов (p,,,g2, (1г, (f наклона судна, полученные одновременно от датчиков I

2, 3, 4, расположенных на вертикальной оси судна на различных расстояниях от его центра качания, отличаются

ПО ВЕЛИЧИНЕ.

На этом основании (с подстановкой нместо а и а „ их выражений) для текущих значений углов наклона, измеренных с помощью датчиков 1-4, можно записать: д(1

1 г — со٠— m s in

de

tg (Q (»") (2)

» du

g + r-- sinq+rgcos(I

dt

d4) г (г+6) -- cos(t-(r+6)Q sing

tg(4-(1)dt

du

2, (3)

g+(r+h) — si ng+(r+6)Q cos(f

5 15254 (г+2д)-- соз(-(г+2д)(д sang

4я

dt гК(Ч -()- в -- — — — — — -- — — — — —

Ђ . dU

К+(г+2Д) — sin(p+(r+2hp cos(p у 5 (г+Зй) — cos(g-(г+Зд)(двдп(dt

К(Ч Ч)—

4 Да

К+(г+Зд) — з п(+(г+Зд) соэЯ (5) где (ф,, (1, (}, Ef4 — иэмеренные с по- 10 мощью датчиков 1—

4 текущие значения динамических углов крена судна на качке; 15 текущее значение действительного динамического угла крена судна;

Я вЂ” текущее значение 20 действительной угловой скорости наклонения судна при крене.

В уравнениях (2) †(5) неизвестными 25 являются (p, у, и r. Для исключения

dy осреднения 1} величина -- такх;е приняdt та неизвестной. Поэтому в предложенном устройстве для определения значе- 3р ний (и должно быть использовано не менее че;ырех датчиков, размещенных на судне указанным образом.

Решая совместно уравнения (2)-(5), получим

-b+ b -4ас ? (f arctg(-- ††----), 2а (6) где а 4гКЦ гКЧ} ЗгКЖгКЧзЗгкЧ tg(1 <+ 4tg Ч(tg(-f4- ГК(ДК(ф 40

tgg, ГКЧ1

Ь - ЗгКЧ,г.к*ч,— ЗгкЧ1ГКЧ,гкч„+

+ гКЧ,гКу4 — 4tgV tg (h+ ЗгКЧ, сфдЧ - 4tg$1tW++ ЗГК (р,ГК(у,+ ГКЧ tg (11

3tgPi МЧ1гК<(з+ ÇtgЧ гКЧ1 гКЧ41 145 с = 4гК(,tgtI,tg Ч} — гКЧ,tg Ч1tgyз

ЗгКЧ, гКЧ1гКЧ}гКЧ + 4гК Ч1гКЧ} гgô.—

3СК Ч СК U } tg(P1 tg (Pú,КЦ4 °

Таким образом, в предложенном уст- 50 ройстве действительные текущие значения углов (и наклона судна на качке получают путем вычислений по формуле (6) по данным измеренных с помощью датчиков 1-4 углов (g„ (p1, (уэ,(1}4

55 на уровнях А(, Aq, А}, А< по вертикали судна.

Устройство позволяет определить динамические наклонения судна при крене или дифференте на качке в зависимости от того, в какой плоскости установлены кренометры.

Данные об измеренных текуп(их значениях углов HBKJloHG Q (й, (Р}, (14 от датчиков 1-4 поступают в вычислительную схему 5, где по формуле (6) определяется действительное текущеее значение угла (наклона судна, которое затем поступает на индикатор 6 (фиг. 3) .

Точность определения угла ip в основном, зависит от точности выбранных датчиков 1-4. Если расстояния меж-, ду смежными уровнями не равны и выбраны произвольно, расчетная формула принципиально не изменяется. При этом изменяются только значения а, Ь и с, так как в них присутствуют расстояния между уровнями, т.е.:

teQ, -tg9 Г а (Д, -Д -"-- -- - ) Д, d — (Д Д +

2 tgq -ter L } 1

Га Ч>-tà 4

+Д +ДЬ ) " "- — Д(Ь +

1 З гаЧз-га(А

+Ь ) (Ь вЂ” Ь, -" — --"--); у. }

Ь -УЬ,+Д )(Ь tgg -d tg(g - - — И +

t 9 ;гЖ

° 1 } 4

1 3

teCP, -tag

+Д (d+Ь }tgq(Д,-Д,- — — "-) гКЧ tN га® -г1, Г(д — d - -- --"- )Гд d tgq

tg(1, tg(7} 1 — (Д,d,+ а+Ь,Ь ) - — - — саЖ - с Ч4

},К(-,К(,) tu® -tuO — (d tgq — д tgq -- — — - ) ГЬ Д— гКЧ tg4

1 гаЧ га ч 4 1 — (Ь,Ь + Д, +Д,Ь -- - — -- — ; гКЧ1 гКЧ гаЧ, гЯ Чю с (Д tgg — Д tgg - -- — --)x tgLf, СКАТ, л d, d } t g i 4 — (a, д1 + Д + Д1 Д Ф ) гц Ь-гаЧ+1 л - - — - - - Д,(Д, +Д ) КЩ(Д гК<ДгКА-гКЧ}

1 К Ч где Д, — расстояние между А4 и А

dr — расстояние между А < и Л,}, Д } — расстояние между А З и А4.

Отметим, что датчики можно устанавливать как ниже, так и выпе центра масс судна. Тогда при вычислениях не1525461 обходимо учитывать изменение знака составляющих ускорения.

Предложенное устройство для определения динамических наклонений морс5 кого судна на качке, кроме углов, определения других характеристик не требует (в том числе положения центра качания судна) и позволяет повысить точность определения текущих значений углов наклона судна на качке, что обеспечивает более полные воэможности изучения качки и оперативного контроля остойчивости судов.

Формула изобретения

1. Устройство для определения динамических наклонений морского судна на качке, содержащее первый и второй маятниковые датчики и вычислительную схему с индикатором, входы которой соединены с выходами датчиков, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ионьш ения точности за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением положения центра масс и дейстннем угловой скорости и углового ускорения, оно дополнительно снабжено третьим и четвертым маятниковыми датчиками, выходы которых подключены к вычислительной схеме, каждый иэ датчиков выполнен короткопериодным, а все датчики расположены на одной прямой на известных расстояниях друг от друга.

2. Устройство по и. I, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, расстояния между соседними маятниковыми датчиками равны между собой.

1525461

Составитель В. Харламов

Редактор М. Келемеш Техред я.дидык Корректор М. Васильева

Закаэ 7209/33 Тирах 683 Подписное

ВНйИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэвод=твенно-издательский комбинат "Патент", r. Ухгород, ул. Гагарина, 101