CS204166B1 - Method of numerical measuring the space components of the vector of instantaneous speed of wind and device for executinf the same - Google Patents

Description

ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA (19) POPIS VYNALEZU K AUTORSKÉMU OSVEOÍEHIU 204166 dl) (Bl) (51) Int. Cl.1 * 3 G 01 P 5/02 (22) Přihlášené 12 11 77(21) (PV 7431-77) (40) Zverejnené 31 07 89 ÚftAO PRO VYNÁLEZY (45) Vydané 15 12 83 A OBJEVY (75)

Autor vynálezu KÉRY MIROSLAV ing., ZÁHORIE (54) SpOsob číslicového merania priestorových zložiek vektoru okamžité)rýchlosti větra a zariadenie na jeho prevádzanie 1

Predmetom vynálezu je sposob číslicové-ho merania priestorových zložiek vektoruokamžitej rýchlosti větra a zariadenie na je-ho prevádzanie.

Pri vývoji a skúškach zbraní a munície jepotřebné přesné vyhodnocovanie účinkuvětra na letiace střely. Na meranie rýchlos-ti a směru přízemného větra sa k týmto ú-čelom využívajú v súčasnosti prevažne kla-sické Lambrechtove anemometre, umiestňo-vané na viacerých miestach pozdíž dráhystřely. Ich nevýhodou je, že velkost a orien-táciu priečnej a pozdížnej zložky vektoruvětra, ktorých znalost je pre vyhodnotenieúčinku větra na letiacu střelu potřebná, ne-merajú priamo. Tieto zložky vektoru větrasa musia z nameranej rýchlosti a směru ur-čit nepriamo, výpočtom. Pri skúškach reak-tívnych striel a pomalých riadených strielprotitankových, sa doposial' nevyhodnocujeúčinok vertikálnej zložky, pretože nie je kdispozícii vhodný anemometer. Ďalšou ne-výhodou vrtulkových anemometrov je závis-lost ich přesnosti na stave opotrebovanialožísk a ozubených súkolí. Pri častom pre-miestňovaní v teréne je tiež nevýhodná vá-ha a rozměry poměrně robustných sníma-čov. Z velkého počtu ostatných známýchsposobov merania rýchlosti prúdenia vzdu-chu, založených například na využití jeho 2 dynamických vlastností, na ochladzovanívyhrievaných platinových drótikov, termi-storov či pozistorov, využívajúcich značko-vanie prúdiaceho vzduchu vhodnými plyn-ná, ohrievaním, ionizáciou v elektrostatic-kom poli, či rádioizotopmi, pomocou tenzo-metrov alebo laseru, nenašiel v uvedenej ob-lasti, ale ani v meteorologii uplatnenie do-posial prakticky žiaden z nich. Problémomje buď chúlostivosť alebo zložitosť zariade-nia a tým obmedzenie na laboratorně pod-mienky, vo vačšine prípadOv však neschop-nost merať směr prúdenia vo volnom pro-středí. Váčšina doposial známých metod me-rania rýchlosti prúdenia vzduchu, je použi-telná totiž iba v případe, ak sú snímače u-miestnené v meracej trubici a poloha sní-mačov vzhladom k osi prúdenia sa nemení.

Uvedené nevýhody sú ešte výraznejšie primeraní priečnej zložky větra pre korekciustřelby z pohybujúceho sa tanku, alebo obr-něného transportéra. V takejto aplikácii savyžaduje naviac i mimoriadna mechanickáodolnost anemometra proti otřasu, prachu,blátu a námraze. Doposial je pre priamumontáž na vežu tanku známe použitie vrtul-kového anemometra, termoanemometra a a-nemometra s fluidným snímačom. Nevýhodyvrtulkového anemometra sú uvedené vyššie,termoanemometer vyžaduje zložitú elektro-

2 8 4 36 G 204166 3 niku pre korekciu nelineárně] snímacej cha-rakteristiky a jeho použitie je účelné iba vpřípade, keď je tank vybavený palubnýmpočítačom. Nevýhodou anemometra s fluid-ným snímačom je, že k činnosti vyžadujetlakový zásobník vzduchu pre vytvoreniereferenčného prúdu a nie je odolný protiblátu a námraze.

Problém priameho merania ortogonálnychzložiek vektoru okamžitej rýchlosti větrarieši a vyššie uvedené nevýhody odstraňujespĎsob číslicového merania podlá vynálezu,ktorého podstata spočívá v tom, že sa po-mocou protílahlých ultrazvukových reci-pročných sond vo vzduchu v mieste mera-nia větra elektrickými kmitmi vybudia a sní-majú ultrazvukové impulzy, pričom so čisti-čovo meria čas ti vymedzený prechodom ul-trazvukového impulzu medzi protilehlýmisondami vzdialenými Li, v smere osi x pra-voúhlého súradnicového systému xyz, čast2 proti směru osi x, čas t3 vymedzený pre-chodom ultrazvukového impulzu medzi iný-mi dvoma protilehlými sondami vzdialený-mi L2, v smere osi y, čas t4 proti směru osiy, Čas tg vymedzený prechodom ultrazvuko-vého impulzu medzi dalšími dvoma proti-lehlými sondami vzdialenými Ls, v smereosi z, čas t6 proti směru osi z, a velkost aorientácia zložky wx vektoru rýchlosti vět-ra v smere osi x sa určuje zo vztahu

velkost a orientácia zložky wy vektorurýchlosti větra v smere osi y sa určuje zovztahu 4 výhodné zvlášť pri skúškach reaktívnychstriel a pomalých riadených striel. Velmivýhodné využitie ultrazvukového anemomet-ra je na meranie priečnej zložky vektorurýchlosti větra pre korekciu střelby z pohy-bujúceho sa tanku, alebo obrněného trans-portéra. Na meranie postačí jediná dvojicaultrazvukových sond upevněných napříkladna tankovej věži kolmo na os hlavně. Také-to usporiadanie umožňuje meranie priečnejzložky i za jazdy tanku, pričom rýchlosť po-hybu tanku, pokial má hlaveň namierenú vsmere jazdy, nemá na meranie žiaden vplyv.Ultrazvukový anemometer podlá vynálezuumožňuje v porovnaní s vrtulkovými ane-mometrami podstatné zvýšenie mechanickejodolnosti, přesnosti, zníženie prahu citlivos-ti a predíženie životnosti. Jeho výhodou vporovnaní s termoanemometrom je, že málineárnu snímaciu charakteristiku a nevyža-duje preto zložitý kompenzátor. Výhodou vporovnaní s fluidným anemometrom je, ženevyžaduje zvláštny tlakový zásobník vzdu-chu a je odolnější proti účinkom prachu,blata a námrazy. Výsledok merania je ne-závislý na tlaku, teplote, vlhkosti a ostat-ných fyzikálnych vlastnostiach vzduchu.Priamy číslicový výstup je výhodný pre au-tomatizáciu vyhodnocovania merania, napří-klad pri napojení na palubný počítač tanku.

Sposob merania horizontálnych zložiekvektoru rýchlosti větra je bližšie objasněnýna obr. 1 a 2, zariadenie na prevádzanie to-hoto sposobu je znázorněné na obr. 3 a 4.Nech bodový zdroj Z zvukového rozruchuumiestnený v horizontálnej rovině xy vy-šle v čase t = 0 zvukový impulz; příslušnátlaková vlna přejde miestom pozorovatelůP v určitom čase t (obr. 1J, takže rýchlosťšírenia sa rozruchu v smere ZP je:

velkost a orientácia zložky wz vektoru rých-losti větra v smere osi z sa určuje zo vztahu

Výhodou takéhoto sposobu merania je, žeumožňuje konštrukciu jednoduchého sníma-ča bez meracích trubic a bez pohyblivýchčastí. Zvlášť výhodný je pre přesné vyhod-notenie účinku větra na letiace střely, priskúškach zbraní a munície, pretože umož-ňuje pri orientácii jeho osi x do směru střel-by, merať priamo pozdlžnu i priečnu zlož-ku vektoru rýchlosti větra. Navrhovaný a-nemometer umožňuje meranie všetkýchtroch priestorových zložiek vektoru rýchlos-ti větra, a tým aj komplexnejšie vyhodnote-nie účinku větra na letiace objekty, čo je kde L je vzdialenosť medzi zdrojom zvukuZ a pozorovatelům P. Zvuk sa však vo vzdu-chu šíři vo všetkých smeroch rovnakourýchlosťou v, nie vzhladom na zdroj Z, alevzhťadom na súradnicovú sústavu, ktorásleduje pohyb vzduchu ako celku. Pretostřed S vzduchom sa šíriacej gulovej tlako-vej vlny v čase t, bude v mieste s polohovýmvektorom r = v . t a poloměr gule budev . t. Z obr. 1 vyplývá vztah: v* = v . cos/3 -j- w . cosa (1)

Ultrazvukové sondy 1, 2, 3, 4 sú umiest-nené v horizontálnej rovině xy. Na tvaremeinčov přitom nezáleží, pretože podláHuygensovho principu čelo vlnoplochy l'u-bovolného tvaru tvoří vždy obálka elemen-tárnych gulových vlnoploch a ku vztahu (1)možno dospieť sledováním šírenia ktorej-kolvek z nich. Uvažujme nasledovný meracícyklus:

Claims (3)

S

1. Sposob číslicového merania priestoro-vých zložiek vektoru okamžitej rýchlostivětra, založený na vyhodnotení účinku vět-ra na šírenie zvuku, vyznačujúci sa tým, žesa pomocou protilahlých ultrazvukových re-cipročných sond vo vzduchu v mieste mera-nia větra elektrickými kmitmi vybudia asnímajú ultrazvukové impulzy, pričom sačíslicovo meria čas ti vymedzený precho-dom ultrazvukového impulzu medzi dvornáprotilehlými sondami vzdialenými Li, vsmere osi x pravoúhlého súradnicového sy- VYNÁLEZU stému xyz, čas t2 proti směru osi x, čas t3vymedzený prechodom ultrazvukového im-pulzu medzi inými dvorná protilahlými son-dami vzdialenými L2, v smere osi y, čas t4proti směru osi y, čas ts vymedzený precho-dom ultrazvukového impulzu medzi dalšímidvoma protilahlými sondami vzdialenýmiLs, v smere osi z, čas te proti směru osi z,a velkost a orientácia zložky wx vektorurýchlosti větra v smere osi x sa určuje zovztahu 204166 7

velkost a orientácia zložky wy vektoru rých-losti větra v smere osí y sa určuje zo vztahu

velkost a orientácia zložky wz vektoru rých-losti větra v smere osi z sa určuje zo vztahu

1. Sonda 1 vyšle ultrazvukový impulz, son-da 2 ho přijme za čas ti.

2. Sonda 2 vyšle ultrazvukový impulz, son-da 1 ho přijme za čas t2.

3. Sonda 3 vyšle ultrazvukový impulz, son-da 4 ho přijme za čas ts.

4. Sonda 4 vyšle ultrazvukový impulz, son- 204166 hují! premennu rýchlosť zvuku v. Meranievertikálnej zložky wz je možné pomocou tre-tej dvojice sond, meraním časov ts a te vsmere a proti směru vertikálnej súradnico-vej osi z. Velkost a orientácia tejto zložkysa určí analogicky ako velkost a orientáciahorizontálnych zložiek: da 3 ho přijme za čas ta. Potom vychádzajúc zonapísať: vztahu (1) možno

Příklad konkrétného prevedenia snímača jena obr. 3. Ultrazvukové sondy 1, 2, 3, 4, 5,6 upevněné v držiaku 7 sú cez analogovéspínače 8, 9, 10, 11, 12, 13, připojené na vý-stup budiča 27, ktorý generuje elektrickékmity pre budenie sond (obr. 4). Cez ana-logové spínače 14, 15, 16, 17, 18, 19, sú son-dy 1, 2, 3, 4, 5, 6 připojené na vstup tvarova-cieho obvodu 29, ktorý vysielané i přijímanékmity tvaruje na impulzy vhodné pre ovlá-dáme hradla 21 a čítača 22. Čítač 22 po-stupné meria dížku časových intervalov ti,t2, t3, ta, ts, te, pričom počítá impulzy gene-rované přesným generátorom 25. Výsledkymerania časov sa číslicovo spracovávajú vovyhodnocovacej jednotke 23. Velkost aznamienko zložiek wx, wy, wz sa indikuj ú nadispleji 24. Činnost všetkých obvodov je ria-dená riadiacou logikou 26, napájanie zabez-pečuje zdroj 28. Vyhodnocovacia jednotka23 a riadiaca logika 28 možu byť realizova-né například klasickou sekvenčnou logikou,logickým systémom s mikroradičom alebomikropočítačom. Ultrazvukový anemometer podlá vynálezuje vhodný i pre použitie v meteorológii. Vy-hodnocovacia jednotka 23, ktorá je súčasťouelektroniky anemometra, može nameranéortogonálně zložky vektoru rýchlosti větratransformovat do polárnej súradnicovej sú-stavy a anemometer bude potom merat pria-mo rýchlosť a směr větra. Li __U__ v . cos/? — wx(2)L2 V . COS/? — Wy (3) kde wx = w . cosa, wy = w . siná, sú hori-zontálně zložky vektoru rýchlosti větra, Lije vzdialenosť sond 1 a 2, L2 je vzdialenosťsond 3 a 4. Jednoduchou úpravou rovnic (2)a (3) možno obe zložky vyjádřit pomocourozdiel u prevrátených hodnot časov: ti t'3 = v . cos/3 wx 1,2 V . COS/? + Wy

L/ t2 t4 L λ 74) MfS) Z odvodených rovnic je zřejmé, že zložkywx, wy vektoru rýchlosti větra, je možnéimplicitně vyjádřit pomocou časov ti, t2,resp. t3, tu, pričom výsledné vztahy neobsa- PREDMET

2. Zariadenie na prevádzanie spósobu me- rania podlá bodu 1, vyznačujúce sa tým, žepozostáva najmenej z jednej dvojice proti-1'ahlých recípročných ultrazvukových sond(1, 2, 3, 4, 5, 6] upevněných v spoločnomdržiaku (7) tak, že osi dvojíc sond (1, 2, 3,4, 5, 6) sú pri meraní orientované v smereosí pravoúhlého súraúnicového systému,pričom jednotlivé sondy sú cez analogovéspínače (8, 9, 10, 11, 12, 13) napojené navýstup budiča (27) a cez ďalšie spínače (14,15, 16, 17, 18, 19) na vstup tvarovacieho ob-vodu (20), ktorý je cez hradlo (21) připo-jený na vstup čítača (22), výstup čítača(20) je ďalej napojený na vstup vyhodnoco-vacej jednotky (23), ktorej výstup je napo-jený na displej (24), pričom riadiace, nulo-vacie a nastavovacie vstupy budiča (27),tvarovacieho obvodu (20), hradla (21), čí-tača (22), vyhodnocovacej jednotky (23) aspínačov (8) až (19) sú napojené na výstu-py riadiacej logiky ('26) a hodinové vstupyhradla (21) a riadiacej logiky (26), sú na-pojené na výstupy generátora taktovacíchimpulzov (25).

3 listy výkresov Severografia, n. j>., závod 7, Most