Способ определения скорости и направления ветра с движущегося объекта

СОЮЭ СОВЕТСКИХс,ИаЛЕНсмжРЕСПУБЛИК А 102 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДКЛАМ ИЭОЬРНВИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, " РЮРИК. м свидатвъстви ТОР урцев,и В.А.Рыж ч а вский-Малекорости вет(56) 1. Егоров Б.Н., Малвич С.П. Об определениира на дрейфующем суднегия и гидрология", 1983,120.2. Курс кораблево:кдени1962, с. 485-486 (прототи(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕ1 И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА С ДВ ОБЪЕКТА путем измерения с помощью ветроизмерительных приборов скорости и направления суммарного воздушного потока и вычисления параметров ветра по известным зависимостям, о т л ию щ и й 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 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. 31 1107Изобретение относится к метеорологии, а именно к способам определенияскорости и направления ветра, и можетбыть использовано на дрейфующихметеорологических объектах буйковыхи ледовых станциях).Известен способ определения скорости и направления ветра на дрейфующихметеорологических объектах без учетапараметров движения объектов ввиду 10сложности или невозможности их определения на таких объектах 13.Так как измерения, выполняемыена ходу объекта, характеризуют суммарный воздушный поток, вектор которого равен сумме векторов скоростейветра и движения объекта, то неучетскорости и направления движения объекта обусловливает погрешность измерения параметров ветра, величина которой, например, при скорости теченияболее 1 узла вносит существенное искажение в результаты измерения параметров ветра, чем снижает достоверность получаемой информации,а достигнутая инструментальная точность ветро-.измерительных приборов остается нереализованной.Наиболее близким к изобретению потехнической счшности и постигаемому З 0результату является способ определе"ния скорости и направления ветра сдвижущегося объекта путем измеренияс помощью ветроизмерительных приборовскорости и направления суммарного воздушного потока, в котором параметрыветра вычисляются по результатамизмерения с помощью приборов параметров суммарного воздушного потока идвижения судна 2 3,, 40Однако известный способ сложен,так как для своей реализации онтребует использования средств для измерения параметров движения объекта,и узок, так как пригоден только длятех объектов, на которых имеются сред 45ства определения параметров движения объекта, в результате чего не может быть применен на дрейфующих метеорологических объектах (буйковых и ледовых станциях), на которых отсут 50ствует возможность определения скорости и направления движения объектаЦель изобретения - упрощение способа путем исключения необходимостииспользования измерителей параметровдвижения объекта.Для достижения поставленной целисогласно способу определения скорости и направления ветра с движущегося объекта путем измерения с помощью ветроизмерительных приборов скорости и направления суммарного воздушного потока и вычисления параметров в тра по известным зависимостям измеряют скорость и направление суммарного воздушного потока не менее четырех раэ 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 скоростьветра.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 текуНа объекте с помощью ориентированных относительно направления истинного меридиана малоинерционных ветроизмерительных приборов измеряют скорость 9)(91, %2 и направление К(р , Ка суммарного воздушного потока в моменты времени 15 и т, =1+7, З 0 ( О Х О, 1 с ) соответственно, гдевремя, в течение которого направление ветра принимают неизменным. Затем измеряют скорость 9/ , 94 и направление Кр)7, К к)Ч суммарного воздуш 35 ного потока соответственно в моменты времени 15 и 1 : 9 + Г при 4нимая с 4 - 1 1 (" 10-15 с - время, через которое направление ветра изменяется.Опред тора ветра О сводится к решению векторного уравнееление век ния Ц-Ю Ч скорости движения где 97 - векто объек При этом мат между (.) 9 Ф уравнениямиЧ 51 ь К - К34 щего направления. Это свидетельствует о том, что в течение небольшого промежутка времени (менее 2 мин) нап,9 ав-. 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 20 объекта по предложенному способу определяют следующим образом.2=9/ с 05 (Ко -К 1-Чсоз(Кс( - К; (т)1/)О (Ч соо(КЧ -К)-Чсоо(КО -К) , (9( О,Я соо(К - К 1-Чсоо(К - К), (9( 34 9)(4 (54 направление движенияобъекта в течение вре.менискорость движенияобъекта в течениевремени1 9направление ветрав течение времени(,: 12- Снаправление ветра втечение времени),осреднениесуществлено за соотв твенно време в момен которых некотор симости жет быть к временинных задаспользуя авня промежут от поставл м образом,-13) опр еляют не толь107082ко параметры ветра, но и движенияобъекта беэ использования навигаци"онных приборов для их определения,так как скорость и направлениедвижения объекта определяют по ре 5зультатам измерения суммарного воздушного потока по формулам (12)н (3) .По сравнению с известными предлаОгаемый способ обеспечивает упрощениепроцесса и расширение возможностейопределения параметров ветра с движущегося объекта, таккак для егореализации не требуются измерители5скорости движения объекта, чтопозволяет использовать его на дрейфующих метеорологических объектах (буйковых и ледовых станциях), где измерители скорости их движения отсутОствуют.Предлагаемый способ может быть реализован с использованием существующих малоинерционных ветроиэмерительных приборов, обеспечивающих иэмере 25.ние текущих значений параметров воздушного потока при соответствующемвыборе дискретности измерений, командно-программных и вычислительныхустройств.Анеморумбометр, реализующий предла 10гаемый способ, содержит малоинерционные датчик 1 скорости и датчик 2направления суммарного воздушногопотока, которые через формирователи 3 и 4 подключены к измерителям 5 З 5и 6 соответственно. Измерители 5 и 6через вычислительную схему 7 подключены к индикатору 8, а также к линиям 9-14 задержки, которые подключенык вычислительной схеме 7. 40Датчик 2 направления воздушногопотока сопряжен с устройством 15ориентации относительно направлениямеридиана (компасом) для выработкисигнала о направлении суммарного 45воздушного потока.Линии 9-14 задержки могут бытьвыполнены с помощью аппарата магнитной записи с разнесением головоквоспроизведения вдоль магнитного носителя относительно записывающих головок, а также с помощью другихнакопителей информации,Такой анеморумбометр работает следующим образом.Сигналы о скорости % и направлении К воздушного потока от датчиков 1 и 2 через формирователи 3и 4 поступают в измерители 5 и 6соответственно, От последних сигналы,поступают в вычислительную схему 7и в линии 9 н 10, 11 и 12, 13 и 14задержки.В момент времени 1 на входы вы 4числительной схемы 7 одновременнопоступают сигналы: Ю - от линии 9 задержки, Щ - от линии 11 задержки,ФЧЗ - от линии 13 задержки, Ж 4от измерителя 5, К- от линии 1 Озадержки, К - от лийии 12 задержки, КЧ - от линии 14 задержки,К - от измерителя 6, соответствующие моментам времени Ф С = Ф + Тзи 14 = 1 ф. При этом, например,т - 0,1 с, 1, С. 10-15 с,Таким образом, в момент временина входы вычислительной схемыпоступают сигналы % и К д от иэФмернтелей 5 и 6 в реальном масштабевремени и задержанные линиями 9-14адержки сигналы М ф Кр ф ф1 ффКу, %з и К, измеренные соот 3ветственно в предыдущие моментывремени1,и С 5В 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 возможностьопределения параметров ветра на таких объектах, где измерители скорости движения объектов отсутствуют (на буйковых и ледовых станциях) или обладают недостаточной точностью.1107082 актор А.Козори Составитель В.АгаповТехред М.Кузьма рректор Н,Вонкало аказ 5153/32 сн д. 4 иал ППП "Патент", г. Узгород, ул. Проектна ВНИИПИ по дел 113035 Тир осуда .изоб Москв 711 Подпитвенного комитета СССтений и открытийЖ, Раушская наб.,