SU1649451A1 - Method of determining vertical distribution of stream velocities in the ocean from ship - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  изучени  вертикальной структуры океанских течений. Целью изобретени   вл етс  повышение точности. В заданном районе океана с судна опускают тросовую линию 1 с концевым грузом 2 и установленными вдоль троса автономными измерител ми 4 течений и измерителем 5 гидростатического давлени . По данным автономных измерителей определ ют величины составл ющих относительной скорости течени  на меридиан и на параллель. Измерителем 5 гидростатического давлени  определ ют глубину погружени  конца троса. Через заданные промежутки времени рассчитывают равновесное положение тросовой линии с использованием данных о проекци х относительной скорости течений и массогабаритных характеристиках троса, измерительных приборов и концевого груза. В результате расчета определ ют координаты всех точек тросовой линии , включа  точки установки автономных приборов. По найденным координатам точек установки измерительных приборов наход т локальные скорости их переносного движени . 1 ил. ТОаютThe invention relates to a measurement technique and can be used to study the vertical structure of ocean currents. The aim of the invention is to improve the accuracy. In a given area of the ocean, the cable line 1 is lowered from the vessel with the end load 2 and autonomous current flow meters 4 and hydrostatic pressure meter 5 installed along the cable. The values of the components of the relative flow velocity per meridian and per parallel are determined from the data of autonomous meters. The hydrostatic pressure meter 5 determines the depth of the end of the cable. After a specified period of time, the equilibrium position of the cable line is calculated using data on the projections of the relative velocity of currents and the mass and dimensional characteristics of the cable, gauges and end load. As a result of the calculation, the coordinates of all points of the cable line, including the points of installation of autonomous devices, are determined. Based on the found coordinates of the installation points of the measuring devices, local velocities of their portable movement are found. 1 il. TOAT

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения вертикальной структуры океанских течений.The invention relates to measuring technique and can be used to study the vertical structure of ocean currents.

Целью изобретения является повышение точности.The aim of the invention is to increase accuracy.

На чертеже показана измерительная система, предназначенная для реализации способа измерения.The drawing shows a measuring system designed to implement a measurement method.

В нее входят тросовая линия 1 с концевым грузом 2, которая опускается с судна 3, находящегося в дрейфе. Вдоль троса на фиксированных расстояниях h 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.It includes a cable line 1 with an end load 2, which is lowered from the ship 3, which is in drift. Along the cable at fixed distances h, stand-alone meters of 4 currents are installed, and the end device, installed near the load 2, is equipped with a hydrostatic pressure meter 5. In the place where the root end of the cable is fixed, an autonomous device 6 is attached to it, containing measuring instruments for the angles of inclination of the root end of the cable relative to the horizontal plane 7 and the direction of this inclination relative to the plane of the meridian 8, since the autonomous device 6 is mounted on the cable so that its longitudinal axis coincides with direction of the root end of the cable.

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 (с учетом магнитного склонения), горизонтирование которых осуществляется при помощи карданного подвеса либо гидроплатформы.As a measure of the angle of inclination of the root end of the cable relative to the horizontal <plane 7, physical pendulums installed, for example, in a gimbal suspension, the axis of which coincides with the longitudinal axis of the stand-alone meter 6 (therefore, with the direction of the root end of the cable) or a hydraulic vertical, can be used. To measure the angle of the direction of inclination of the root end relative to the plane of the meridian (meter 8), magnetic (hydromagnetic) or induction (hydro-induction) compasses (taking into account magnetic declination) can be used, the leveling of which is carried out using a gimbal or hydraulic platform.

Способ определения вертикальных распределителей скоростей течений в океане осуществляют следующим образом.The method for determining the vertical velocity distributors of currents in the ocean is as follows.

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 It. Вблизи концевого груза устанавливают измеритель течения, оборудованный измерителем гидростатического 5 давления, пр показаниям которого определяют глубину погружения ходового конца троса hn. 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, гидростатического давления (после пересчета показаный-глубины) на ходовом конце троса, угла наклона коренного конца троса 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 относительной скорости течения на меридиан Vnoi и на параллель (I - номер автономного измерителя).In a given region of the ocean, the cable line 1 is lowered from the vessel with an end load 2 and autonomous current meters 4 installed along the cable. The distance from each meter to the point of attachment of the line corresponds to the specified values of It. Near the end load, a flow meter is installed, equipped with a hydrostatic 5 pressure meter, the readings of which determine the immersion depth of the running end of the cable hn. After winding a predetermined length L of the cable line, it is fixed and installed near the root end of the stand-alone meter 6, the direction of the longitudinal axis of which coincides with the direction of the root end of the cable. During a given exposure time, for example, 6-12 hours, currents are measured using autonomous meters 4 along the length of the cable line 1, hydrostatic pressure (after recalculating the shown depth) at the running end of the cable, and the angle of inclination of the root end of the cable relative to the horizontal plane of the meridian. At the same time, using the navigation systems of the vessel, its coordinates are determined at the start, intermediate and end points of observation. According to the data of autonomous meters, the values of the components of the relative velocity of the current along the meridian Vnoi and parallel (I is the number of the autonomous meter) are determined.

По данным навигационных определений координат судна Nj tj находят составляющие скорости дрейфа судна на меридиан и параллельAccording to the navigation definitions of the ship’s coordinates Nj tj, the components of the ship’s drift velocity on the meridian and parallel are found

V η о — ; V ED = cosA О) где ΔΝ_}. Δ Ej — приращения широты и долготы за время между определениями Т), А средняя широта. Возможны определения Vnd и Ved по данным спутниковых, радионавигационных или радиолокационных систем.V η about -; V ED = cosA O) where ΔΝ _} . Δ Ej - increments of latitude and longitude during the time between definitions T), and average latitude. Vnd and Ved definitions are possible according to satellite, radio navigation or radar systems.

Через заданные промежутки времени Тк рассчитывают равновесное положение тросовой линии с использованием данных о проекциях относительной скорости течений Vno, Veo и массогабаритных характеристиках троса, измерительных приборов и концевого груза. При расчете используется, например, следующая система уравнений = G sin а. — 0,5 рзт Со V х о /V х о / ί = γ ( G cos a — 0,5 p d Cgo V у о /V у о /) ^{επράνχο Vyo sln2}° ^; j γAt predetermined time intervals Tk, the equilibrium position of the cable line is calculated using data on the projections of the relative current velocity Vno, Veo and the weight and size characteristics of the cable, measuring instruments and end load. In the calculation, for example, the following system of equations = G sin a is used. - 0.5 pg Co V x o / V x o / ί = γ (G cos a - 0.5 pd Cgo V y o / V y o /) ^{επράνχο Vyo sln2} ° ^; j γ

-^-g- = cos β cos a : -||- = stn.a ; (2)- ^ - g- = cos β cos a: - || - = stn.a; (2)

H 7 <H 7 <

—j-g- = — sin β cos a где Vxo = Vno cos β cos a = Veo sin β cos a; Vy_o =-Vno sin a cos β+ VEd sin /ϊ sin a Vzo = Vno sin β + Veo cos β—Jg- = - sin β cos a where Vxo = Vno cos β cos a = Veo sin β cos a; Vy _o = -Vno sin a cos β + VEd sin / ϊ sin a Vzo = Vno sin β + Veo cos β

T - натяжение троса, S, G, d -- его текущая длина, вес погонного метра в воде и диаметр соответственно;T - cable tension, S, G, d - its current length, running meter weight in water and diameter, respectively;

а - угол наклона относительно горизонтальной плоскости;a is the angle of inclination relative to the horizontal plane;

β- угол направления этого наклона относительно плотности меридиана;β is the angle of the direction of this slope relative to the density of the meridian;

X, Υ, Ζ - текущие координаты троса в 5 направлении на север, вертикально вверх и на восток;X, Υ, Ζ - current coordinates of the cable in the 5th direction to the north, vertically up and east;

Со, Сэо - гидродинамические коэффициенты продольного и поперечного обтекания троса; 10 ε-коэффициент боковой силы;Co, Seo - hydrodynamic coefficients of the longitudinal and transverse flow around the cable; 10 ε-coefficient of lateral force;

р- плотность воды.p is the density of water.

Граничные условия задаются на ходовом конце тросовой линии (как и в аналогичных способах измерения) в следующем виде 15 Оо = J , β = 0 , X = 0 . Υ = 0 . Ζ = 0, Т о = G г, где Gr - вес концевого груза в воде.The boundary conditions are set at the running end of the cable line (as in similar measurement methods) in the following form 15 Oo = J, β = 0, X = 0. Υ = 0. Ζ = 0, T o = G g, where Gr is the weight of the end load in water.

При расчетах на каждом шаге (через за- 20 данные промежутки времени Т_х, например, 5- 10 мин) производится вариация параметров Со, Сэо, ε троса в диапазонах.In the calculations at each step (after 20 data intervals T _x , for example, 5-10 minutes), the parameters Co, Ceo, ε of the cable are varied in the ranges.

Сэо 1,2 - 3,2; Со 0.02 - 0,12; ε ± 1.Seo 1.2 - 3.2; Co 0.02 - 0.12; ε ± 1.

Таким образом, чтобы обеспечивалось ми- 25 нимальноезначение величины Δ1² .имеющей смысл квадрата расстояния от вычисленного до фактического положения ходового конца троса. Обозначая соответствующие расстояния по указанным коорди- ³⁰ натным осям через ΔΥ, ΔΧ. ΔΖ, величину AL² определяют по соотношению:Thus, in order to ensure the minimum value of Δ1 ^2. Meaning the square of the distance from the calculated to the actual position of the running end of the cable. Denoting the corresponding distance indicated on the coordinate axes through ³⁰ has adjusted to room ΔΥ, ΔΧ. ΔΖ, the value of AL ² is determined by the ratio:

Δ L² = ( Увыч hn )² + 311² (Овыч. Оизм )² X 35 _v 2 О^выч 4&мзм 1--,2/ „. аΔ L ² = (Hab. Hn) ² + 311 ² (Hab. Oism) ² X 35 _v 2 О ^ sub 4 & msm 1 -, 2 / „. a

X cos ----------+32 In ( cos Овыч 1дрвыч ~ cos СХизм tg/Зизм Λ(3) где Ybhm ~ вычисленная из модели глубина ходового конца троса;40 hn - измеренное значение этой же величины (см. фиг. 1);X cos ---------- + 32 In (cos Habit 1 ~ cos ~ CXism tg / Zism Λ (3) where Ybhm is the depth of the cable end calculated from the model; 40 hn is the measured value of the same value (cm Fig. 1);

Овыч - вычесленное из модели значение угла наклона коренного конца троса относительно горизонта;45 п«зм ~ измеренное значение этой же величины;Habit is the value of the angle of inclination of the root end of the cable relative to the horizon calculated from the model; 45 p “sm ~ measured value of the same value;

^выч - вычисленное из модели значение угла направления наклона коренного конца троса;^ subt - calculated from the model value of the angle of the direction of inclination of the root end of the cable;

βνα^ - измеренное значение этой же величины;βνα ^ is the measured value of the same quantity;

In ~ длина тросовой линии, где ai и аг весовые коэффициенты, учитывающие нелинейность троса. 55In ~ is the length of the cable line, where ai and ag are weight coefficients that take into account the nonlinearity of the cable. 55

Из соотношения (3) следует, что нулевое, т.е. минимально возможное значение величины ΔΙ_² 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 меридиа5 на. Благодаря вариации указанных параметров достигается соответствие измеренного и вычисленного положений ходового конца троса, а параметры гидродинамического сопротивления С_о, Сэо и ε 0 соответствуют в каждый момент тем значениям, которые определяются фактическим режимом обтекания тросовой линии. При этом исключается влияние нестационарности режима обтекания троса на точность 5 определения его равновесия в воде.From relation (3) it follows that zero, i.e. the minimum possible value of ΔΙ_ ^{2 is} achieved when the measured and calculated values of the depth of the running end of the cable and the angles of inclination of the root end of the cable relative to the horizontal plane and the direction of this inclination relative to the meridian plane are the same. By varying these parameters, the measured and calculated positions of the running end of the cable are achieved, and the hydrodynamic resistance parameters С _о , Сео and ε 0 correspond at each moment to those values that are determined by the actual mode of flow around the cable line. In this case, the influence of non-stationary mode of flow around the cable on the accuracy 5 of determining its equilibrium in water is excluded.

В результате определения равновесия тросовой линии с теми параметрами Со, Сэо и ε, которые соответствуют конкретным условиям обтекания троса в моменты Т(, нахо0 дят координаты X, Υ и Ζ всех точек тросовой линии, включая точки установки автономных приборов.As a result of determining the equilibrium of the cable line with those parameters Co, Ceo, and ε that correspond to the specific conditions of the flow around the cable at moments T (, the coordinates X, Υ, and Ζ of all points of the cable line are found, including the installation points of stand-alone devices.

По найденным координатам точек установки измерителей течений находят локаль5 ные скорости переносного их движения ν_ΝΠ --------. ν_επ =------(4) где I — номер расчета.Based on the found coordinates of the points of installation of the flow meters, they find local5 velocities of their portable movement ν _ΝΠ --------. ν _επ = ------ (4) where I is the calculation number.

θ Составляющие абсолютной скорости течений на каждой глубине, которая является векторной суммой скорости дрейфа судна Vp. относительной скорости течений V_o и переносной скорости V_n определяют по со5 отношениямθ Components of the absolute current velocity at each depth, which is the vector sum of the vessel drift velocity Vp. the relative current velocity V _o and the portable velocity V _{n are} determined by the co5 relations

Vn = Vno + Vnd + VNn, Ve = Veo + Ved + Een.Vn = Vno + Vnd + VNn, Ve = Veo + Ved + Een.

(5)(5)

Привязку этих значений по глубине вы3 полняют по данным определения вертикальных координат Υι (IT) автономных приборов в моменты времени iT нахождения равновесия тросовой линии.The depth binding3 of these values is performed according to the determination of the vertical coordinates Υι (IT) of autonomous devices at the time instants iT of finding the equilibrium of the cable line.

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 мини. мальное 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.Thus, due to additional measurements of the angles of inclination of the root end of the cable relative to the horizontal plane and the direction angle of this inclination relative to the plane of the meridian, as well as the variation of the coefficients of the longitudinal and transverse resistance of the cable and lateral force when calculating its equilibrium in such a way as to ensure mini. the minimum distance between the calculated and ’actual position of the running end of the cable, the coefficients of the longitudinal cable, lateral resistance and lateral force of the cable line correspond to the specific conditions for its flow around.

Тем самым повышается точность определения действительной пространственной формы тросовой линии, а значит, и возможность вычисления локальных переносных движений элементов этой линии. За счет указанных 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.This increases the accuracy of determining the actual spatial shape of the cable line, and hence the ability to calculate local portable movements of the elements of this line. Due to these factors, the accuracy of measuring the characteristics of the vertical distribution of currents in the ocean is improved, since each autonomous gauge is precisely linked to the depth and its local portable speed is taken into account.

Claims (1)

Формула изобретения Способ определения вертикального распределения скоростей течений в океане 15 с судна, 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, отличающийс 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 судят о вертикальном распределении скоростей течений в океане.SUMMARY OF THE INVENTION A method for determining the vertical distribution of current velocities in the ocean 15 from a ship, which consists in measuring the drift velocity of the ship, diving the cable line with current meters located at known distances and measuring the relative velocities of currents, as well as the depth of the running end of the cable line, which differs I mean that, in order to increase accuracy, they additionally measure the angles of inclination of the root end of the cable line relative to the horizontal plane and the direction of this slope relative to the meridional plane, as well as the speed of movement of measuring instruments and the depth of their location, which are used to judge the vertical distribution of current velocities in the ocean. Редактор В. Долинич Editor V. Dolinich Составитель Ю. Власов Техред М.Моргентал Корректор Т. Колб Compiled by Y. Vlasov Tehred M. Morgenthal Corrector T. Kolb Заказ 1519 Тираж 352 ПодписноеOrder 1519 Circulation 352 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5VNIIIPI of the State Committee for Inventions and Discoveries under the State Committee for Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, Raushskaya nab., 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101Production and Publishing Combine Patent, Uzhgorod, 101 Gagarin St.