Способ определения вертикальной структуры поля течения на ходу судна

Способ определения вертикальной структуры поля течения на ходу судна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) КЮG 01 Р 5 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

I(21) 2988512/18-10 (22) 29.09.80 (46) 30.06.83 ° Бюл. Р 24 (721 A.Ô. Петрухнов и В.A. Горбань (71) Морской гидрофизнческий институт AH Украинской ССР (53) 532.57(088.8) (56) 1. Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. Гидрометеоиздат, 2-е изд. Л., 1977, с. 431-432.

2. Авторское свидетельство СССР

9 838577, кл. G 01 Р 5/00, 1979 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРТИ

КАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ПОЛЯ ТЕЧЕНИЯ НА

ХОДУ СУДНА, буксирующего.измеритель. ную линию с датчиками, распределеиными по ее длине, путем перемещения судна галсами и определения на каж- дом галсе направления движения суд. на отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия процесса съема поля течения, .осуществляют не менее трех галсов с постоянной скоростью судна и на каждом галсе с помощью датчиков измерительной линии определяют скорость потока, обтекающего измерительную линию, глубину погружения участков измерительной линии отклойение измерительной линии от диаметральной плоскости судна в плане, затем определяют направление потока в географических координатах и по векторам скорости по- 1в тока распределенным по глубине, определяк1т составляющие вектора течения в вертикальной плоскости.

10260Ь7

20

30

60

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров

-. течений, распределенных по глубине океанов или морей в океанографии.

Известен способ Макарова-Нансена определения течения с судна, заключающийся в одновременных наблюдениях с двумя вертушками: первой опущенной на горизонт, где следует измерить течение, и второй. опущенной на значительную глубину. где течение, как предполагается. отсутствует. Нижний прибор регистрирует скорость дрейфа судна, но в противоположном действительному направлении, а верхний — равнодействующую измеряемого истинного течения на глубине его погружения и движения (обратного) судна. По этим данным на основании параллелограмма скоростей определяют направление и скорость течения на заданном горизонте, как вторую составляющую (1).

Однако на больших глубинах существуют течения, скорости которых иногда сравнимы со скоростями течения в поверхностных слоях, а направление может значительно отличаться от направления поверхностного течения, поэтому определение этим способом параметров течения приводит к значительным ошибкам. Кроме того, измерение параметров течения возможно только в дрейфе судна, что усложняет осуществление съемки намеченного полигона, так как судно при дрейфе почти неуправляемо.

Скорость дрейфа в сравнении с возможной скоростью хода судна мала, что увеличивает время съемки полигона.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения параметров течения по ходу судна, заключающийся в том, что на судне буксирующем измерительную линию с датчиками, распределенными по ее длине, путем его перемещения галсами определяют на каждом галсе направление движения судна f2).

Недостатком известного способа является невозможность измерить параметры течения,. распределенные по глубине всего слоя в котором находится измерительная линия.

Цель изобретения — повышение быстродействия процесса съема поля течения.

Поставленная цель достигается тем. что согласно способу определения вертикальной структуры поля течения на ходу судна, буксирующего измерительную линию с датчиками, распределенными по ее длине, путем перемещения судна галсами и определе I5

50 ния на каждом галсе направления движения судна, осуществляют не менее трех галсов с постоянной скоростью судна и на каждом галсе с помощью датчиков измерительной линии определяют скорость потока, обтекающего измерительную линию глубину погружения участков измерительной линии. отклонение измерительной линии от диаметральной плоскости судна в плане, затем определяют направление потока в географических координатах и по векторам скорости потока, распределенным по глубине, определяют составляющие вектора течения в вертикальной плоскости.

На фиг. 1 изображены галсы судна ), 3 и i, выполненные на участке йолигойа океана при буксировке измерительной линии, на фиг. 2 — гидрологическая измерительная линия, буксируемая судном, профиль которой определяется соответственно для каждого галса 1„, и з3 на фиг, 3 — судно, буксирующее гидрологическую линию по галсу „ в пространстве, а также плоскость Z в которой лежит измерительная линия и поток жидкости Ъ2, распределенный по глубинам n„ . и и и> и формирующий. профиль измерительной линии, и распределение истинного те -1 чения 1 по глубинам n„, и 2 и п,. на фиг. 4-6 — эпюры потока жидкости Ч . распределенные по глубинам ,n<, n и ng для галсов „ . и.

1, удна, на фиг. 7 - распределение для глубины п в плоскости горизонта глубины (вид сверху), поясняющее определение координат х и у для концов вектора Ъ соответственно для галсов i, i и, i на фиг. 8-10 — векторй Ч» для глубин соответственно и, п и п в плоскости 1 горизонта глубины (вид сверху), поясняющие определение координат точки Oz,модуля и направление истинного течения, т.е. определение V ; на фиг, 11 — вектор Ъ для глубины и>, где вместо галса (фиг. 10) введен галс i4, что показывает, что при любых галсах конец вектора Vz лежит на окружности с центром О ; на фиг. 12 — эпюра значений модуля истинного течения участка полигона, на котором осуществлялись галсы и i+, на фиг. 13 — векторы

Чт и 1 „ истинного течения в географических координатах (вид сверху) на участке полигона, на котором осуществлялись галсы i, j u

1э .

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемый полигон океана условно делят на участки (или обозначают точки координат, в которых бу1026057 дут осуществляться галсы судна).

Судно с постоянной скоростью V осуществляет, например, галсы »„, и 1 на участке полигона (или в точке координат полигона) соответственно под углами,, = О, 5 = 90О и Р3 = 180 относительно севера (фиг. 1), На каждом указайном галсе »„, » . и » (фиг. 2) Осуществляют.измерение угла 9 отклонения участков измерительной линии, 10 ,расположенных между датчиками (например датчиками угла и давления)

A Ay, A A и АЗAg от вертикали. или определяют В по известной длине участков и показанию датчиков давления.

Затем измеряют глубину располо:жения участков измерительной линии с помощью датчиков давления и с помощью датчиков усилия усилие натя- 20 жения Т на средине участков изме- рительной линии в точках С, С и

С> или измеряют, усилие натяжения на . .одном из концов линии и определяют натяжение на средине участков линии аналитически по формулам, Т = то+ аьЭ» соз Е 1

1 ТО + 4) СО > &<

Тфф Cq-q++ »l + llcP

30 если.измерено натяжение в нижней .точке линии А. Если натям»ение определяется в точке О крепления измерительной линии на судне, тогда расчет натяжения на средине участ- З5 ков измерительной линии осуществляют сверху вниз (фиг. 2).

Далее измеряют на каждом галсе

» и 1 угол отклонения M -измерительной линии от диаметральной 0 плоскости судна (ДП) и направление (курс) судна ) (фиг. 1 и 3). По с(и Р для каждого галса определяют угол Г отклонения измерительной линии относительно севера (т.е. определяют ее положение в географических координатах) при » „ lГ„ = „ +

+180 - „ =0, Г„=". О+ о о

+ 180 - 7 = 173; при» Г = P< +

+ 180 + с у, 7@= 90о + 180О + 10

280 ; при »ь 1 = 5y — 180 + » у 50

Г 180-180 +7 = 7

Определяют скорость потока Z< в плоскости Формирующего профиль изме- рительной линии, соответственно для го.55 ризонтов (глубин) и» и и п (фиг.3-6) для соответствующих галсов 1» . » и по математической модели, описывающей зависимость профиля измерительной линии от воздействия на нее 60 переменного по глубине потока я. и ь8 ((q»ll Hcp -"Есо ср) й„см e, ì. (ср е,р- евое„) здесь

1ь зфД И Кз5 д

Ь ° » 2дъ к а, р

1 где Т вЂ” усилие натяжения на средин не рассматриваемого участка системы.

ЬΠ— изменение угла отклонения в слое. h,&= & -Oq ьЯ вЂ” длина участка, ..

Q - средний угол отклонения ср ., от вертикали в слое. 9

= (9 - В, ) 1/2 j

К вЂ” коэффициент сопротивления м формы, д - - эффективный диаметр участвф ка системы, — плотность жидкости, n - количество датчиков

К вЂ” коэффициент сопротивления

Э контейнеров датчиков;

S — площадь миделя контейнера . датчика, К вЂ” коэффициент сопротивления трения;

m — номер слоя, на котором определяются параметры, И> - сила плавучести, Получают различные значения (фиг. 46) так как при различных галсах изменяется профиль линии (фиг. 2), потому что судно движется под различными углами к вектору истинного те eHHà Ч

Определяют координаты х и у концов векторов L для каждой глубины, например, для глубины n = 1 (в географических, координатах) по углу

Г с учетом расположения векторов течения Ч в четвертях координат (Фиг. 7) . Для каждой глубины п, и и n+ (фиг. 8-10), используя известные значения х и у для этих глубин, определяют координаты а и в центра окружности по формулам

««,- Щ-ч„) -(х,-х )(у„„, д д (ъ-х»+уъ-Й)Ь - (1)-(хз-х11(у +у g) 4-ъ)«ъ-х»)-(х -x„>(у„-у,,) д

Эти формулы используются потому, что установлено как бы не изменялись галсы судна при постоянной скорости и как бы от этого не изменился модуль и направление потока Kz, конец вектора Ч всегда лежит на окружности. Поэтому по трем известным точкам (координатам концов векторов VZ взятых на одной глубине) возможно построить окружность ° Отсюда следует, что по предлагаемому способу для определения истинного течения U» достаточно трех галсов, 1026057

f0 ч= arctp (пф) 20

30 пбд любым углом образующих ломаную линию.

Определяют модуль истинного течения V для каждой глубины (фиг. 8-10) по фо м ле

У = а +b так как было замечено, что вектор истинного течения Ч всегда выходит из центра географических координат

О, и его конец лежит в точке О .

Определяют направление истинного течения V (фиг. 8-10) по формуле учитывая по знакам при а и в, в какой четверти координат лежит угол

9 ° Если +в, +a, то Ут направлен относительно севера под углом так как ). = 9 + g Ч = О.

Если -в, +а, то V>. направлен под углом )., т.е. g = 90 + f

90 .

Если -в, -а, то V направлен под углом Х = 180 + g . так как Ф=

= 180 . Если +в. -а, то Ут направлен под углом = 270 + 4

270о

Привязка параметров течения по глубине осуществляется по показаниям датчиков давления, которые дают глубину нахождения всех участков измерительной линии. Датчики давления могут быть в точках ЛВ или С (фиг. 2 пункт 3) .

После измерений необходимых параметров для опредеЛения вектора распределенного по глубине. судно выполняет галсы и измерения в другом районе океана (или в точке полигона). После определения

7 распределенного по глубине на участках (точках)(фиг. 12 и 13) всего выбранного полигона. строят поле течения, т.е. строят векторы 1 . по площади и вертикали полигона.

На фиг, 11 показан один из примеров определения У на глубине п при изменении галсов, в частности изменение галса 1 на галс 1„

Полученные данные У показаны на фиг. 12 и 13.

Преимущество предлагаемого способа заключается в воэможности на ходу судна, осуществляя минимальное число галсов (три), определять параметры течения (модуль и направление), распределенные по глубине, т.е. возможно получить зпюру течения, а также построить годограф скорости.

Параметры течения по глубине возможно получать в реальном масштабе времени, используя судовую ЭВМ, так как один конец кабель-троса гидрологической измерительной линии закреплен на судне и связан с бортовой аппаратурой, в структуру которой входит ЭВМ. Сокращается время съемки поля течения на исследуемом полигоне океана. 1026057

Галс iz

/Ълс cg

1026057 о ьо

put- 7 Риа д

1026057

1026057

&ги ty

Рссе. 12

Составитель Л. Мариан

Редактор A. Курах Техред А; Ач Корректор С. Шекмар

Заказ 4550/36 Тираж 873 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ю

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