Способ определения вертикального распределения скоростей течений в океане с судна

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения вертикальной структуры океанских течений. Целью изобретения является повышение точности. В заданном районе океана с судна опускают тросовую линию 1 с концевым грузом 2 и установленными вдоль троса автономными измерителями 4 течений и измерителем 5 гидростатического давления. По данным автономных измерителей определяют величины составляющих относительной скорости течения на меридиан и на параллель. Измерителем 5 гидростатического давления определяют глубину погружения конца троса. Через заданные промежутки времени рассчитывают равновесное положение тросовой линии с использованием данных о проекциях относительной скорости течений и массогабаритных характеристиках троса, измерительных приборов и концевого груза. В результате расчета определяют координаты всех точек тросовой линии , включая точки установки автономных приборов. По найденным координатам точек установки измерительных приборов находят локальные скорости их переносного движения . 1 ил. ТОают

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК

est)s G 01 P 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4357386! 10 (22) 05.01.88 (46) 15:05.91. Бюл. M 18 (71) Морской гидрофизический институт

АН УССР (72) В,М.Кушнир, Ю.Н,Колтаков, В.M.Çàèкин и В,И,Ремчуков (53) 532.574 (088,8) (56) Тайфун-78, Л.: Гидрометеоиздат, 1980, с, 244 — 252. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ТЕЧЕНИЙ В ОКЕАНЕ С СУДНА (5?) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения вертикальной структуры океанских течений. Целью изобретения является повышение точности. В заданном районе океана с судна опускают тросовую линию 1 с концевым грузом 2 и установленными

» . Ю 1649451.А1 вдоль троса автономными измерителями 4 течений и измерителем 5 гидростатического давления. По данным автономных измерителей определяют величины составляющих относительной скорости течения на меридиан и на параллель. Измерителем 5 гидростатического давления определяют глубину погружения конца троса. Через заданные промежутки времени рассчитывают равновесное положение тросовой линии с использованием данных о проекциях относительной скорости течений и массогабаритных характеристиках троса, измерительных приборов и концевого груза, В результате расчета определяют координаты всех точек тросовой линии, включая точки установки автономных приборов. По найденным координатам точек ф установки измерительных приборов находят локальные скорости их переносного движения. 1 ил.

1649451

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения вертикальной структуры океанских течений.

Целью изобретения является повышение точности, На чертеже показана измерительная система, предназначенная для реализации способа измерения.

В нее входят тросовая линия 1 с концевым грузом 2, которая опускается с судна 3, находящегося в дрейфе. Вдоль троса на фиксированных расстояниях li устанавливаются автономные измерители 4 течений, причем концевой прибор, установленный вблизи груза 2, оборудован измерителем 5 гидростатического давления. В месте закрепления коренного конца троса к нему крепится автономный прибор 6, содержащий измерители углов наклона коренного конца троса относительно горизонтальной плоскости 7 и направления этого наклона относительно плоскости меридиана 8, так как автономный прибор 6 устанавливается на тросе так, что его продольная ось совпадает с направлением коренного конца троса, В качестве измерителя угла наклона коренного конца троса относительно горизонтальной плоскости 7 могут применяться физические маятники, установленные, например, в кардановом подвесе, ось которого совпадает с продольной осью автономного измерителя 6 (следовательно с направлением коренного конца троса) либо гидровертикали, Для измерения угла направления наклона. коренного конца относительно плоскости меридиана (измеритель

8) могут быть использованы магнитные (гидромагнитные) либо индукционные (гидроиндукционные) компасы (c учетом магнитного склонения), горизонтирование которых осуществляется при помощи карданного подвеса либо гидроплатформы.

Способ определения вертикальных распределителей скоростей течений в океане осуществляют следующим образом.

В заданном районе океана с судна опускают тросовую линию 1 с концевым грузом

2 и установленными вдоль троса автономными измерителями 4 течений. Расстояние от каждого измерителя до точки крепления линии соответствует заданным величинам

1ь Вблизи концевого груза устанавливают измеритель течения, оборудованный измерителем гидростатического 5 давления, по показаниям которого определяют глубину погружения ходового конца троса ho. После сматывания заданной длины L тросовой линии, ее фиксируют и устанавливают вблизи коренного конца автономный измеритель 6, направление продольной оси которого совпадает с направлением коренного конца троса. В течение заданного времени экспозиции, например 6 — 12 ч, выполняют измерения течений при помощи автономных измерителей 4 вдоль длины тросовой линии

1, гидростатическаго давления (после пересчета покаэаный-глубины) на ходовом конце троса, угла наклона коренного конца троса

10 относительно горизонтальной плоскости меридиана. Одновременно при помощи навигационных систем судна определяют его координаты в начальной, промежуточных и конечной точках выполнения наблюдений.

По данным автономных измерителей определяют величины составляющих относи15 тЕЛЬНОй СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ На МЕРИДИаН VNot и на параллель (i — номер автономного измерителя).

По данным навигационных определений координат судна Nl ti находят составляющие скорости дрейфа судна на меридиан и параллель

V о и = — — -; Ч еп = — - cosJI, (1)

hN ЛЕ т т где h Nl, Л Е вЂ” приращения широты и долготы за время между определениями Tl, A.— средняя широта. Возможны определения

30 VNo и Чю по данным спутниковых, радионавигационных или радиолокационных систем.

Через заданные промежутки времени тк рассчитывают равновесное положение

35 тросовой линии с использованием данных о

ГДЕ VXo=VNoCOS PCOS а =ЧЕо Sin PCOSa;

ЧУо =- VNo з1п а соз P+ Чи sing sin а

VZo = VNo Sin P+ ЧЕо СОЗ P

Т вЂ” натяжение троса, S, G, d — его текущая длина; вес погонного метра в воде и диаметр соответственно; проекциях относительной скорости течений

Чйо, Чео и массогэбаритных характеристиках троса, измерительных приборов и концевого груза, При расчете используется, 40 например, следующая система уравнений — = G sin a — 0,5 р,ю Со V X о 1Ч х о 1, dt

ds ба 1

= Т (6 cosa — 0,5 p d Cgp V у î IV у о I)

45 dÄ 05

2 — ежрб Vxo Vyo sin а; б S Тсоза . =соз,Всоз а бХ

50 — = з1п а; (2) бУ

dS

dZ

dS

= — sing cos а

1649451

a — угол наклона относительно горизонтальной плоскости;

P — угол направления этого наклона относительно плотности меридиана;

Х, У, 2 — текущие координаты троса в 5 направлении на север, вертикально вверх и на восток;

C„Cga — гидродинамические коэффициенты продольного и поперечного обтекания троса; 10 е — коэффициент боковой силы; р — плотность воды, Граничные условия задаются на ходовом конце тросовой линии (как и в аналогичных способах измерения)-в следующем виде 15 о=2 P=0 Х =0 ° Y 0,Z 0 Tî Ог

Л где G< — вес концевого груза в воде.

При расчетах на каждом шаге (через эа- 20 данные промежутки времени Т», например, .5 — 10 мин) производится вариация параметров Со, Cgg, е троса в диапазонах.

Cgg 1,2 — 3,2; Со 0,02 — 0,12; Е + 1, Таким образом, чтобы обеспечивалось ми- 25 нимальное значение величины Л L имеющей смысл квадрата расстояния от вычисленного до фактического положения ходового конца троса. Обозначая соответствующие расстояния по указанным координатным осям через ЛУ, ЛХ, Л2, величину AL определяют по соотношению;

Л1 =(Увыч hn ) +31ln (Oem. изн ) X 35

Х воз

2 2выч+Ялзн 2

+ а2 Ь (о» С выч tgфвыч — cos (XH3M tg j8N3M ) (3) где Y»< — вычисленная из модели глубина ходового конца троса; 40

hn — измеренное значение этой же величины (см. фиг. 1); авыч — вычесленное из модели значение угла наклона коренного конца троса относительно горизонта; 45 а,3 — измеренное значение этой же величины;

Дыч — вычисленное из модели значение угла направления наклона коренного конца троса;

50 ризн — измеренное значение этой же величины;

1 — длина тросовой линии, где а1 и а2— весовые коэффициенты, учитывающие нелинейность троса.

Из соотношения (3) следует, что нулевое, т,е. минимально возможное значение величины Л L достигается при совпадении измеренных и вычесленных величин глубины ходового конца троса и углов наклона коренного конца троса относительно горизонтальной плоскости и направления этого наклона относительно плоскости меридиана. Благодаря вариации указанных параметров достигается соответствие измеренного и вычисленного положений ходового конца троса, а параметры гидродинамического сопротивления Со, Cga и е соответствуют в каждый момент тем значениям, которые определяются фактическим режимом обтекания тросовой линии. При этом исключается влияние нестационарности режима обтекания троса на точность определения его равновесия в воде.

В результате определения равновесия тросовой линии с теми параметрами Со, Cgo и е, которые соответствуют конкретным условиям обтекания троса в моменты Ть находят координаты Х, Y u Z всех точек тросовой линии, включая точки установки автономных приборов.

По найденным координатам точек установки измерителей течений находят локальные скорости переносного их движения

Xi — Xi 1 Zj — Z l + 1 чье = —. vEn = — — (4) тк тк где i — номер расчета.

Составляющие абсолютной скорости течений на каждой глубине, которая является векторной суммой скорости дрейфа судна Vo, относительной скорости течений Чо и переносной скорости Vn определяют по соотношениям

ЧМ = Чйо + Volvo + ЧМп, ЧЕ = ЧЕО + ЧЕО + ЕЕп, (5)

Привязку этих значений по глубине выполняют по данным определения вертикальных координат Yi (iT) автономных приборов в моменты времени iT нахождения равновесия тросовой линии.

Таким образом, благодаря дополнительным измерениям углов наклона коренного конца троса относительно горизонтальной плоскости и угла направления этого наклона относительно плоскости меридиана. а также выполнению вариации коэффициентов продольного и поперечного сопротивления троса и боковой силы при расчете ее равновесия таким образом, чтобы обеспечивалось минимальное расстояние между вычисленным и фактическим положением ходового конца троса, обеспечивается соответствие коэффициентов продольного троса, поперечного сопротивления и боковой силы тросовой линии конкретным условиям ее обтекания.

1649451

Составитель Ю. Власов

Техред М.Моргентал Корректор Т. Колб

Редактор В. Долинич

Заказ 1519 Тираж 352 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Тем самым повышается точность определения действительной пространственной формы тросовой линии, а значит, и возможность вычисления локальных переносных движений элементов этой линии. 3а счет укаэанных факторов обеспечивается повышение точности измерения характеристик вертикального распределения течений в океане, так как осуществляется точная привязка каждого автономного измерителя к глубине и учет его локальной переносной скорости движения.

Формула изобретения

Способ определения вертикального распределения скоростей течений в океане ссудна,,заключающийся в измерении скорости дрейфа судна, погружении тросовой линии с расположенными на ней на известных расстояниях измерителями течений и измерении относительных скоростей тече5 ний, а также глубины расположения ходового конца тросовой линии, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно измеряют углы наклона коренного конца тросовой линии относитель10 но горизонтальной плоскости и направление этого наклона относительно меридиональной плоскости, а также скорость перемещения измерительных приборов и глубины их расположения, по которым

15 судят о вертикальном распределении скоростей течений в океане.