Способ определения скорости и направления ветра с движущегося объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА С ДВИЖУЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА путем измерения с помощью ветроизмерительных приборов скорости и направления суммарного воздушного потока и вычисления параметров ветра по известным зависимостям, о т л ич .ающий с я тем, что, с целью упрощения способа путем исключения необходимости использования, измерителей параметров движения объекта, измеряют скорость и направление суммарного воздушного потока не менее четырех раз последовательно при длительности по времени между первым и вторым, а также третьим и четвертым измерениями не более 0,1 с, а между вторым и третьим измерениями 10-15 с.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

О%И Л Р3Н«

РЕСПУБЛИК 15Р G 01 V 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, "4рж Расы

В БЩ„:0-, н aBTQPCNOMV СвидатВЪСтвм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЭОЬРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3583993/18-10 (22) 25.04.83 (46) 07.08.84. Бюл. Ф 29 (72) В.И.Бойков, Б.Н.Болгурцев, C,Т.Карпова, В.В.Лебедев.и В.А.Рыжков (53) 551.508.5(088.8) (56) 1. .Егоров Б.Н., Малевский-Мале-вич С.П. Об определении скорости ветра на дрейфующем судне ° — "Метеология и гидрология", 1983, У 3, с.119120.

2. Курс кораблево:кдения, т.VI, Л., 1962, с. 485-486 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

° 1И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА С ДВИЖУЩЕГОСЯ,.SU„„1 7082 A

ОБЪЕКТА путем измерения с помощью ветроизмерительных приборов скорости и направления суммарного воздушного потока и вычисления параметров ветра по известным зависимостям, о т л и. ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения способа путем исключения необходимости использования, измерителей параметров движения объекта, измеряют скорость и направление суммарного воздушного потока не менее четырех раз последовательно нри длительности по времени между первым и вторым, а также третьим и четвертым измерениями не более О, 1 с, а между вторым и третьим измерениями 10-15 с. Я

1 11О

Изобретение относится к метеорологии, а именно к способам определения скорости и направления ветра, и может быть использовано на дрейфующих метеорологических объектах (буйковых и ледовых станциях).

Известен способ определения скорости и направления ветра на дрейфующих метеорологических объектах без учета параметров движения объектов ввиду 10 сложности или невозможности их определения на таких объектахГ13.

Так как измерения, выполняемые на ходу объекта, характеризуют суммарный воздушный поток, вектор кото- 5 рого равен сумме векторов скоростей ветра и движения объекта, то неучет скорости и направления движения объекта обусловливает погрешность измерения параметров ветра, величина кото- 20 рой,.например, при скорости течения более 1 узла вносит существенное искажение в результаты измерения параметров ветра, чем снижает достоверность получаемой информации,а достиг- 25 нутая инструментальная точность ветро.измерительных приборов остается нереализованной.

Наиболее близким к изобретению по технической счшности и постигаемому З0 результату является способ определения скорости и направления ветра с движущегося объекта путем измерения с помощью ветроизмерительных приборов скорости и направления суммарного воздушного потока, в котором параметры ветра вычисляются по результатам измерения с помощью приборов параметров суммарного воздушного потока и движения судна 2 3., 40

Однако известный способ сложен, так как для своей реализации он требует использования средств для измерения параметров движения объекта, и узок, так как пригоден только для тех объектов, на которых имеются сред45 ства определения параметров движения объекта, в результате чего не может быть применен на дрейфующих метеорологических объектах (буйковых и ледовых станциях), на которых отсут50 ствует возможность определения скорости и направления движения объекта

Цель изобретения — упрощение способа путем исключения необходимости использования измерителей параметров движения объекта.

Для достижения поставленной цели согласно способу определения скорости и направления ветра с движущегося объекта путем измерения с помощью ветроиэмерительных приборов скорости и направления суммарного воздушного потока и вычисления параметров втра по известным зависимостям измеряют скорость и направление суммарного воздушного потока не менее четырех раз посл довательно при длительности по времени между первым и вторым, а также третьим и четвертым измерениями, не более 0,1 с, а между вторым и третьим измерениями

10-15 с.

При этом измерение скорости и направления суммарного воздушного потока осуществляют в период, в течение которого скорость и направление движения объекта принимают неизменными, производя не менее двух измерений в промежуток времени, в течение которого направление ветра принимают неизменным при одном его направлении, и не менее двух измерений в промежуток времени, в течение которого направление ветра принимают неизменным при другом его направлении. По полученным данным вычисляют направление ветра, направление движения объекта, скорость д,ижения объекта и скорость ветра.

Измерение параметров суммарного воздушного потока при указанных условиях обеспечивает определение направления ветра до и после его изменения, что позволяет по полученным данным определить параметры движения объекта и скорость ветра.

На фиг.! показан график определения параметров ветра с движущегося объекта; на фиг.2 — блок-схема устройства, реализующего предложенный способ.

Известно, что воздушные потоки в приземном слое воздуха носят турбулентный характер. Турбулентность структуры ветра приводит к тому, что в данной точке скорость и направление ветра непрерывно изменяются.

Отклонения текущих значений скорости и направления ветра от их средних значений носят случайных характер, При этом инерционность случайного процесса, характеризующего направление ветра, больше, чем инерционность случайного процесса, характеризующего скорость ветра. Так, направление ветра, полученное в результате двухминутного осреднения, мало отличается от отдельно взятых отсчетов теку1107082

На объекте с помощью ориентированных относительно направления истинно-25 го меридиана малоинерционных ветроизмерительных приборов измеряют скорость W1, %2 и направление

К1/, К1р суммарного воздушного потока в моменты времени 13 и 1 =11+7, З0 (ц Х О, 1 с } соответственно, где время, в течение которого направление ветра принимают неизменным. Затем измеряют скорость 9/, 19 и направление k1)(/>, К у суммарного воздуш35 ного потока соответственно в моменты времени 13 и 1 = 9 + Г при4 нимая 1 — 1 10-15 с — время, через которое направление ветра изменяется.

Определение вектора ветра О сводится к решению векторного уравнения вида

U =)T(/- Ч, (1} где Ч вЂ” вектор скорости движения 45 объекта.

При этом математическая зависимость между ц, 9f и Ч выражается уравнениями

50 (2J

Ч 5(п К(/ — К =Я э) п(К вЂ” К

Vsin К(-K =))(/ sin К вЂ” К

Чэ|ь К -К}=% sin(К вЂ” К (Э) (1} 55 (} щего направления. Это свидетельствует о том, что в течение небольшого промежутка времени (менее 2 мин) нап,дав-. ление ветра можно принять постоянным.

Скорость ветра более изменчива и за короткий промежуток времени (доли секунды) может меняться во много раз.

В отличие от скорости ветра скорость и направление движения объекта такой изменчивостью не обладают (ввиду 10 значительной инерционности движения объекта) и в течение 1-2 мин практически не изменяются. Поэтому для мало отличающихся по времени моментов измерения параметров ветра с !5 движущегося объекта скорость и направление воздушного потока, обусловленного движением объекта, и направление ветра можно принять постоянным.

Параметры ветра с движущегося щ объекта по предложенному способу определяют следующим образом.

IJ =II C05II -К I Íñoâ К, -К); Я

1 г=W cos (Ku К )- I/cos (Kv Ю

Ц =III сов(КЦ вЂ” К„)-Чсо9(КЦ ") IS)

Ц Щ cot(II — К I-VcasI< — К), I9I

34 } /4 . 1,34 где К= cons% направление движения объекта в течение времени 1 4 — 1 скорость движения объекта в течение

4 1 9 направление ветра в течение времени ь= 2- С1 направление ветра в течение времени (.=С,1 — Йg . но уравнения (2) Ч= совзт, K -- nSt

Решая совмест и (3), получают

%„sink+ -Vl sin К,//

К =6rCtg " 2 . (1О) 1 2

U ф cps К -W cîsK

Решая уравнения (4) и (5), получают

W sin К % ginK

3 Д/3

К0 =агсtg

"94 Щ со5 Ка-9/соз К%

3 3 4

Из Уравнений„например (2) и(4) полу:чают

К=бган(Зная величины K и например К0 из выражения (2) определяют

12

@, KU K9/

Б ь(К„- К)

Зная величины Kц, К U i K и 1/, 12 ЗФ по формулам (6) — (9) определяют скорость ветра 0„, 02, ()3 и U

В моменты Времения 1 I t 2 I e 3 и соответственно (или только в момент времени t< )/осреднение которых может быть осуществлено за некоторый промежуток времени в зависимости от поставленных задач.

Таким образом, используя зависимости 2 -13), определяют не толь! 107082 ко параметры ветра, но и движения объекта беэ использования навигационных приборов для их определения, так как скорость и направление движения объекта определяют по ре5 зультатам измерения суммарного воздушного потока по формулам (12) и (!3).

По сравнению с известными предлаt0 гаемый способ обеспечивает упрощение процесса и расширение возможностей определения параметров ветра с движущегося объекта, так как для его реализации не требуются измерители

l5 скорости движения объекта, что позволяет использовать его на дрейфующих метеорологических объектах (буйковых и ледовых станциях), где измерители скорости их движения отсут!

О ствуют.

Предлагаемый способ может быть реализован с использованием существующих малоинерционных ветроиэмерительных приборов, обеспечивающих иэмере25 .ние текущих значений параметров воздушного потока при соответствующем выборе дискретности измерений, командно-программных и вычислительных устройств.

Анеморумбометр, реализующий предла10 гаемый способ, содержит малоинерционные датчик 1 скорости и датчик 2 направления суммарного воздушного потока, которые через формирователи 3 и 4 подключены к измерителям 5 З5 и-6 соответственно. Измерители 5 и 6 через вычислительную схему 7 подключены к индикатору 8, а также к линиям 9-14 задержки, которые подключены к вычислительной схеме 7. 40

Датчик 2 направления воздушного потока сопряжен с устройством 15 ориентации относительно направления меридиана (компасом) для выработки сигнала о направлении суммарного 45 воздушного потока.

Линии 9-14 задержки могут быть выполнены с помощью аппарата магнитной записи с разнесением головок воспроизведения вдоль магнитного но- 50 сителя относительно записывающих головок, а также с помощью других накопителей информации.

Такой анеморумбометр работает следующим образом.

Сигналы о скорости W и направлении k воздушного потока от датчиков 1 и 2 через формирователи 3 и 4 поступают в измерители 5 и 6 соответственно. От последних сигналы, поступают в вычислительную схему 7 и в линии 9 н 10, 11 и 12, 13 и 14 задержки.

В момент времени 1 на входы вы4 числительной схемы 7 одновременно поступают сигналы: Ю/ — от линии 9 задержки, 9/2 — от линии ll задержки, Ф

W3 — от линии 13 задержки, Ж4 от измерителя 5, К вЂ” от линии 10 задержки, К вЂ” от лийии 12 задержки, К вЂ” от линии 14 задержки, kw — от измерителя 6, соответствую1 щие моментам времени 1 t = % + Т

2 1 3 и t4 = t 5+ < . При этом, например, ь" = 0,1 с, 4, — 1. й10-15 с.

Таким образом, в момент времени на входы вычислительной схемы поступают сигналы Ф/4 u kW от иэФ мерителей 5 и 6 в реальном масштабе времени и задержанные линиями 9-14 э аде ржки c HI налы W Kw 9

1 1

g2 W3 и К измеренные соот

3 ветственно в предыдущие моменты

Времени Ф 1, 4+ и

В вычислительной схеме 7 по полученным данным с использованием зависимостей (2)-(13)производится определение скорости и направления ветра, информация о значениях которых поступает на индикатор 8.

Такие последовательности операций и условия их выполнения позволяют определять параметры ветра с движущегося объекта по измерениям только суммарного воздушного потока без использования навигационных приборов для определения скорости и направления движения самого объекта, т,е. обеспечивается возможность определения параметров ветра на таких объектах, где измерители скорости движения объектов отсутствуют (на буйковых и ледовых станциях) или обладают недостаточной точностью.

1107082

Составитель В.Агапова

Техред М.Кузьма Корректор Н.Вонкало

Редактор А.Козориз

Заказ 5753/32

Тирах 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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