RU2331904C1

RU2331904C1 - Способ определения скорости и направления ветра

Info

Publication number: RU2331904C1
Application number: RU2006143264/28A
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Шмелев (RU); Виктор Владимирович Шмелев; Николай Степанович Акиншин (RU); Николай Степанович Акиншин; Сергей Михайлович Корольков (RU); Сергей Михайлович Корольков; Михаил Алексеевич Лихачев (RU); Михаил Алексеевич Лихачев; Сергей Викторович Шмелев (RU); Сергей Викторович Шмелев; Егор Сергеевич Козлов (RU); Егор Сергеевич Козлов
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-08-20

Abstract

Изобретение относится к способам определения скорости и направления ветра, используемым в приборах метеорологического обеспечения пуска ракет, стрельбы артиллерии и ведения звуковой разведки звукометрическими комплексами Сухопутных войск. Сущность: выбирают в стороне от огневых позиций, в направлении сноса ветровых пуль ровный участок местности протяженностью до двухсот метров. Измеряют температуру воздуха в приземном слое атмосферы, скорость и направление ветра в этом слое. Технический результат: повышение оперативности, точности, расширение функциональных возможностей. 4 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к способам определения скорости и направления ветра, используемым в приборах метеорологического обеспечения пуска ракет, стрельбы артиллерии и ведения звуковой разведки звукометрическими комплексами Сухопутных войск.

Известны способы определения скорости и направления ветра в вышеуказанной области техники [1...4]. Техническая реализация способа, описанного в [1, 2], сложна, а устройства, его реализующие, не надежны в работе и дорогостоящие, а сам способ требует большого времени на получение скорости и направления ветра. Способ, предложенный в [3], не обеспечивает получения скорости среднего ветра и его направления (количественным критерием его является дирекционный угол: угол, отсчитываемый по направлению вращения часовой стрелки от направления на географический север, до направления на место разрыва ветровой пули) при всевозможных направлениях ветра в приземном слое атмосферы, т.к. в его описании отсутствуют формулы расчета этих параметров ветра для указанных направлений ветра. Кроме того отсутствуют программы автоматического вычисления данных параметров ветра, которые сократили бы время их определения. В настоящее время на практике применяется способ, описанный в [4], который используем в качестве прототипа, т.к. ветер в нижних слоях атмосферы сильно влияет на полет ракет на активном участке траектории, но он не обеспечивает измерение скорости и направления ветра при глубоком снежном покрове и высокой траве, т.к. упавшие в них «ветровые» пули с красной лентой (а производят 4-5 выстрелов, см. с.10 [4]), выстрелянные из этого ружья, не видны в этих случаях на поверхности земли, и особенно ночью, в тумане. Кроме того этот способ требует и относительно большого времени на определение рассматриваемых параметров, т.к. надо найти «среднюю точку падения не менее 3 пуль и отмечают ее вехой. При необходимости производят дополнительный выстрел». Визиром ветрового ружья «определяют дирекционный угол на веху (что не обеспечивает высокой точности измерения направления среднего ветра, т.к. цена деления шкалы лимба ружья составляет 0-25 делений угломера, см. с.1 [5]), а с помощью мерной ленты (мерного шнура) измеряют расстояние от ружья до вехи. За направление α_Wcp среднего ветра (откуда дует) в пределах высоты 200 м принимают значение дирекционного угла (ДУ) на веху. Скорость среднего ветра W_C определяют по расстоянию от ружья до вехи по таблице приложения 1», см. с.23 [4].

Для устранения указанных недостатков предлагается способ определения скорости и направления ветра в нижних слоях атмосферы, который иллюстрируется следующими графическими материалами:

Фиг.1 - схема расположения акустических баз при северо-западном, западном и юго-западном направлениях ветра в приземном слое атмосферы.

Фиг.2 - схема расположения акустических баз при северо-восточном, восточном и юго-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы.

Фиг.3 - схема расположения акустических баз при юго-западном, южном и юго-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы.

Фиг.4 - схема расположения акустических баз при северо-западном, северном и северо-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы.

Он заключается в следующем, см. фиг.1...4. Измеряется температура воздуха в приземном слое атмосферы t, например термометром-пращом или вентиляционным психрометром [4, с.8], пусть она равна 5°С. Пусть ветер в приземном слое атмосферы северо-западный (см. фиг.1 и назовем это 1 случаем), его скорость W и ДУ α_W, измеренные 10 раз в течение 5 минут и принятые как среднеарифметические этих измерений, например, с помощью десантного метеорологического комплекта ДМК - 2 [6] или ветромера [4, см. с.10], пусть будут соответственно равны 5 м/с и 320° или 5,585 рад (53-33 делений угломера).

В этом случае выбирают открытый, ровный участок местности в виде квадрата со сторонами около 200 м, на котором развертывают 2 акустические базы (АБ), так, как показано на фиг.1. На левой стороне вышеуказанного квадрата намечают воображаемую линию, имеющую ДУ α₁ (его величина берется такой, чтобы при данном направлении ветра в приземном слое атмосферы предполагаемое место разрыва было между директрисами O₁D₁и О₂D₂, на фиг.1 он равен примерно 24° или 4-00 делений угломера). Затем примерно на средине этой линии, в точке З₂, вбивают колышек, над этим колышком устанавливают перископическую артиллерийскую буссоль ПАБ-2А [7], готовят ее к работе (производят горизонтирование, контролируя его по шаровому уровню, и ориентирование по странам света, днем используют для этого ориентир-буссоль, а ночью азимутальную насадку), поворачивают по ходу часовой стрелки оптическую ось (OO) ее визира от направления на географический север (в этом случае истинный азимут, ДУ, на шкале буссоли равен нулю) на угол α₁, а потом на угол α₂ (его величина также берется такой, чтобы при данном направлении ветра в приземном слое атмосферы предполагаемое место разрыва было между директрисами O₁D₁ и O₂D₂, на фиг.1 он примерно равен 15° или 2-50 делений угломера). На OO визира на расстоянии половины АБ (1/2) от буссоли, например 25 м, устанавливают в точке O₂ ветровое ружье, например ВР-2, и готовят его к зондированию атмосферы, а затем на OO визира на расстоянии половины АБ, в данном примере на удалении 25 м от ружья устанавливают звукоприемник №3 в точке З₃. Затем поворачивают OO визира по ходу часовой стрелки на угол 90° (на 15-00 делений угломера) и снимают значение ДУ директрисы 2 АБ со шкалы буссоли α_D2, которое в данном примере пусть будет равно 130° или 2,269 рад (21-67 делений угломера). Потом поворачивают ОО визира по ходу часовой стрелки на угол Δα, равный 90° - 2 α₂ (это можно доказать на основе фиг.1), в данном примере - на угол 60° (на 10-47 делений угломера) и на OO визира на удалении 1/2 от буссоли, равной АБ/2, в точке O₁ устанавливают колышек, а затем на OO визира на таком же удалении от этого колышка в точке З₁ устанавливают звукоприемник №1. Затем с точки З₂ убирают буссоль и над этой точкой устанавливают звукоприемник №2, а потом буссоль устанавливают в точку O₁ (отвес прибора должен быть над колышком этой точки), горизонтируют ее, ориентируют по странам света, поворачивают ОО визира по ходу часовой стрелки на ветровое ружье и снимают со шкалы буссоли ДУ α_O1О2 (пусть он будет равен 26° или 0,454 рад), затем поворачивают ОО визира на звукоприемник №2, а потом поворачивают ОО визира по ходу часовой стрелки на угол 90° (на 15-00 делений угломера) и снимают значение ДУ директрисы 1 АБ со шкалы буссоли α_D1, которое в данном примере примем равным 104° или 1,815 рад (17-33 делений угломера).

Далее вводят в ЭВМ вышеуказанные данные (углы вводят в делениях угломера), а именно: 1. Температуру воздуха в приземном слое атмосферы t; 2. Скорость ветра в этом слое W. 3. ДУ ветра в этом слое атмосферы α_W. 4. ДУ директрисы 1 АБ α_D1. 5. ДУ директрисы 2 АБ α_D2. 6. ДУ направления: средина 1 АБ - средина 2 АБ α_O1O2. 7. АБ 1. Соединяют звукоприемники двухпроводными линиями связи с акустическим пеленгатором, готовят их к работе, заряжают ветровое ружье (ВР) зондировочным патроном (ЗП), пуля которого должна быть разрывной и по всем параметрам аналогична пулям патронов ЗП-2 и НЗП (см. с.10 прототипа [4]), и подают с устройства управления (УУ) напряжение на электродетонатор ЗП (это также обеспечивает точное вертикальное положение ствола в момент выстрела), запирающий импульс на схемы совпадений (СС) всех 3 каналов обработки сигналов (КОС) звукоприемников №1...№3, обеспечивающий запрет поступления сигналов от выстрела (их длительность не превышает 2 с), выработку импульса сброса счетчиков времени (СВ) КОС на ноль и стартового импульса начала счета времени СВ. Перед моментом падения пули на землю (ее полет длится не менее 3 с) из УУ на все СС 3 КОС подается селекторный импульс и в момент встречи пули с поверхностью земли образуется акустический сигнал (АС), поступающий на звукоприемники №1... №3 в моменты времени t₁, t₂ и t₃, из которых формируются импульсы, прекращающие счет времени СВ №1...№3. ЭВМ фиксирует эти моменты времени и производит расчет расстояния от ветрового ружья до места разрыва пули и дирекционного угла среднего ветра следующим образом.

1. Углы пересчитываются из делений угломера в радианы по формуле

α=(α_МДУπ)/3000, рад,

где α_МДУ - угол, отсчитываемый в малых делениях угломера (МДУ), например 15-00 делений угломера соответствует 1500 МДУ; в данном случае α=1,571 рад;

2. Рассчитывается геометрическая база по формуле

L=2 l sin[(π/2)-α₂],

что очевидно (см. фиг.1) из равнобедренного треугольника O₁З₂О₂, а угол при вершине его равен разности ДУ, т.е.

3. Рассчитывается ДУ α_О2О1 по формуле

α_О2О1=α_О1О2+π, что видно из фиг.1.

4. Определяется скорость звука без учета влияния ветра по формуле

где С₀=331 м/с, см. с.21 работы [8].

5. Определяется запаздывание АС 1 АБ по формуле

6. Определяется звукометрический угол 1 АБ по формуле

знак модуля здесь необходим потому, что АС при больших сносах ветровой пули сначала приходит к звукоприемнику №1, а потом к звукоприемнику №2, тогда значение τ₁<0 и значение звукометрического угла β₁ будет отрицательным, что будет вызывать ошибку при определении угла φ₁, см. фиг.1.

7. Определяется общая поправка в звукометрический угол 1 АБ на ветер по формуле

8. Определяется исправленный звукометрический угол 1 АБ по формуле

см. с.91 работы [8], но поправками на удаление и на превышение цели здесь пренебрегаем, т.к. АБ очень небольшие, а площадка выбирается ровной.

9. Рассчитывается угол φ₁ по формуле

10. Определяется запаздывание АС 2 АБ по формуле

11. Определяется звукометрический угол 2 АБ по формуле

12. Определяется общая поправка в звукометрический угол 2 АБ на ветер по формуле

13. Определяется исправленный звукометрический угол 2 АБ по формуле

см. с.91 работы [8], но поправками на удаление и на превышение цели здесь пренебрегаем, т.к. удаления мест разрыва пуль от звукоприемников будет очень небольшим, а площадка выбирается ровной.

14. Рассчитывается угол φ₂ по формуле

15. Рассчитывается угол φ₃ по формуле

16. Рассчитывается расстояние до места разрыва пули от ветрового ружья для стандартной высоты 200 м (величина сноса пули) по формуле

Все расчеты вышеуказанных величин автоматизированы, в том числе и расстояние до места разрыва от ветрового ружья. Текст программы расчета этого расстояния при северо-западном, западном и юго-западном ветре в приземном слое атмосферы в среде Mathcad 2001i с примером расчета одного варианта приведен в приложении 1.

17. По рассчитанному расстоянию D из приложения 9, см. с.23 прототипа [4], определяется скорость среднего ветра для всех стандартных высот.

Чтобы не осуществлять ориентирование ветрового ружья (см. с.9 прототипа [4]), которое занимает относительно большое время, предлагаемый способ позволяет автоматически определять и ДУ среднего ветра для стандартной высоты 200 м. Для чего используются следующая формула:

где

Далее по приложению 9, см. с.23 прототипа [4], определяют ДУ среднего ветра для остальных стандартных высот.

Текст программы автоматического расчета этого угла при северо-западном, западном и юго-западном ветре в приземном слое атмосферы в среде Mathcad 2001i с примером расчета одного варианта приведен в приложении 2.

Для повышения точности определения рассматриваемых параметров среднего ветра необходимо делать несколько измерений и за результат брать среднеарифметическое значение.

При северо-восточном, восточном и юго-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы (назовем это 2 случаем) действуют аналогично вышеуказанному, но есть некоторые особенности.

1. Поправка в звукометрический угол 2 АБ на ветер определяется по формуле

что практически обеспечивает неизменность угла β₀₂ при изменении скорости ветра в приземном слое атмосферы.

2. Угол γ₂ определяется по формуле

что очевидно из фиг.2.

3. Дирекционный угол среднего ветра определяется по формуле

Остальные величины рассчитываются по формулам (1)...(8), (10)...(13).

4. Развертывание АБ и измерение их параметров осуществляется так.

На примерной средине воображаемой линии, повернутой влево от правой стороны вышеуказанной площадки на угол α₃ (его величина берется такой, чтобы при данном направлении ветра в приземном слое атмосферы предполагаемое место разрыва было между директрисами O₁D₁ и О₂D₂, на фиг.1 он равен примерно 13°) намечается точка З₂, куда вбивается колышек, над ним устанавливается буссоль, которая готовится к работе. Затем OO ее визира поворачивают влево от направления на географический север на углы α₃ и α₄ (величина последнего угла берется также на основе вышеуказанного, для фиг.2 он равен примерно 7°) и снимают отсчет угла со шкалы буссоли α_П. Потом на ОО визира буссоли мерным шнуром отложить половину 1АБ и в точке O₁ вбить колышек и от него на расстоянии 1/2 вдоль ОО визира в точке З₁ установить звукоприемник №1. Затем ОО визира повернуть против вращения часовой стрелки на угол 15-00 делений угломера (на 90°) и снять отсчет со шкалы буссоли значение ДУ 1 АБ α_D1. Затем OO визира повернуть против вращения часовой стрелки на угол Δα, равный 90° - 2α₄, что видно из фиг.2, и снять значение угла α_Л со шкалы буссоли. Потом на OO визира мерным шнуром от точки З₂ отложить первую половину 2 АБ, найдя точку О₂, и установить в ней ветровое ружье, которое готовится к зондированию атмосферы, потом на этой же оси визира от точки О₂ отложить вторую половину 2 АБ и в точке З₃ установить звукоприемник №3. Потом ОО визира повернуть по направлению вращения часовой стрелки на угол 15-00 и снять отсчет со шкалы буссоли, который равен ДУ директрисы 2 АБ α_D2. Затем переставить буссоль с точки З₂ на точку O₁, а над точкой З₂ установить звукоприемник №2. Буссоль подготовить к работе и определить ДУ α_O1O2, последний определяется так: производится ориентирование буссоли по сторонам света (OO визира в этом случае будет направлена на географический север), а потом OO визира наводится на ветровое ружье и снимается значение α_О1О2 со шкалы буссоли.

5. Геометрическая база в данном случае рассчитывается по формуле

где α_B=|α_П-α_Л|.

Тексты программ расчета расстояния от ветрового ружья до места разрыва и ДУ среднего ветра для этого случая, разработанные в среде Mathcad 2001i, с примером расчета приведены в приложениях 3 и 4.

При юго-западном, южном и юго-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы (назовем это 3 случаем) действуют аналогично 1 случаю, но есть некоторые особенности.

1. Угол φ₁ определяется по формуле

2. Угол γ₃ рассчитывается по формуле

Остальные величины рассчитываются по формулам, приведенным для случая 1.

4. Развертывание АБ и определение их параметров заключается в следующем.

На примерной средине воображаемой линии, повернутой относительно нижней стороны квадрата вышеуказанной площадки на угол α₅ (его величина берется такой, чтобы при данном направлении ветра в приземном слое атмосферы предполагаемое место разрыва было между директрисами О₁D₁ и О₂D₂, на фиг.3 он равен примерно 23°) намечается точка З₂, куда вбивается колышек, над ним устанавливается буссоль, которая готовится к работе. Затем OO ее визира поворачивают влево от направления на географический север на угол 15-00 (на 90°), потом поворачивают OO визира по направлению вращения часовой стрелки на угол α₅. Затем поворачивают OO визира по направлению вращения часовой стрелки на угол α₆ (его величину выбирают из этих же соображений, на фиг.3 он примерно равен 10°) и снимают отсчет со шкалы буссоли угол α_Л. На OO визира мерным шнуром отмеряют расстояние, равное половине АБ (1/2, например, 25 м), и в точке О₂ устанавливают ветровое ружье, которое готовят к зондированию атмосферы. Затем на этой же OO отмеряют от точки O₂ расстояние, равное половине АБ (1/2, например 25 м), и в точке З₃ устанавливают звукоприемник №3. Потом поворачивают OO визира по направлению вращения часовой стрелки на угол 15-00 (90°) и снимают отсчет со шкалы буссоли α_D2. Затем поворачивают OO визира в эту же сторону на угол Δα (угол, отсчитываемый от воображаемой линии З₂D₂, проведенной параллельно директрисе O₂D₂, до линии З₂-З₁), равный (90° - 2α₆), т.к. сумма углов α₆, 90°, Δα и α₆ равна 180°), для фиг.3 Δα≈70° (11-67 делений угломера) и снимают отсчет со шкалы буссоли угол α_П. Потом на ОО визира буссоли мерным шнуром отложить половину 1АБ, например 25 м, ив точке O₁ вбить колышек и от него на расстоянии 1/2 вдоль ОО визира в точке З₁ установить звукоприемник №1. Затем повернуть против направления вращения часовой стрелки ОО визира на 90° и снять значение ДУ 1 АБ α_D1. Затем переставить буссоль с точки З₂ на точку O₁ и установить над точкой З₂ звукоприемник №2.

Буссоль подготовить к работе и определить ДУ α_О1О2, для чего повернуть ОО визира по направлению вращения часовой стрелки от направления на географический север на ветровое ружье и снять со шкалы буссоли значение ДУ α_О1О2.

Геометрическая база в данном случае рассчитывается по формуле (19).

Тексты программ автоматического расчета расстояния места разрыва пули от ветрового ружья и дирекционного угла среднего ветра для данного случая в среде Mathcad 2001i с примером расчета одного варианта приведены в приложениях 5 и 6.

Далее действовать аналогично 1 случаю.

При северо-западном, северном и северо-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы (назовем это 4 случаем) действуют аналогично 1 случаю, но есть некоторые особенности.

1. Угол γ₄ рассчитывается по формуле

γ₄=3π/2-β₀₂-α_D2.

2. Дирекционный угол среднего ветра определяется по формуле

α_Wcp=π/2-γ₄.

3. Развертывание АБ и определение их параметров заключается в следующем. На примерной средине воображаемой линии, повернутой влево относительно верхней стороны квадрата вышеуказанной площадки на угол α₇ (его величина берется такой, чтобы при данном направлении ветра в приземном слое атмосферы предполагаемое место разрыва было между директрисами O₁D₁ и О₂D₂, на фиг.4 он равен примерно 5°) намечается точка З₂, куда вбивается колышек, над ним устанавливается буссоль, которая готовится к работе. Затем OO ее визира поворачивают влево от направления на географический север на угол, равный сумме 3 углов (90°+α₇+α₈), угол α₈ выбирается из тех же соображений, что и угол α₇ (для фиг.4 он равен около 13°), и со шкалы буссоли снимается значение угла α_П. Затем на ОО визира мерным шнуром отмеряют расстояние, равное половине АБ (1/2, например, 25 м), и в точке O₁ устанавливают веху, далее мерным шнуром на этой же оси еще отмеряют расстояние, равное половине АБ (1/2, например, 25 м) и в точке З₁ устанавливают звукоприемник №1. Потом поворачивают ОО визира буссоли еще влево на угол 15-00 (на 90°) и снимают значение ДУ директрисы 1 АБ α_D1. Затем поворачивают OO визира в эту же сторону на угол Δα, равный (90° - 2α₈), снимают отсчет со шкалы буссоли значение α_Л. Затем на ОО визира отмеряют от точки З₂ расстояние, равное половине АБ (1/2, например, 25 м), и в точке О₂ устанавливают ветровое ружье, готовя его к зондированию атмосферы, потом на этой же оси визира отмеряют еще такое же расстояние от ружья и в точке З₃ устанавливают звукоприемник №3. Затем поворачивают ОО визира по направлению вращения часовой стрелки на угол 15-00 (90°) и снимают отсчет со шкалы буссоли α_D2. Затем переставить буссоль с точки З₂ на точку О₁ и установить над точкой З₂ звукоприемник №2. Буссоль подготовить к работе и определить ДУ α_О1О2, для чего повернуть ОО визира по направлению вращения часовой стрелки от направления на географический север на ветровое ружье и снять со шкалы буссоли значение ДУ α_О1О2.

Геометрическая база в данном случае рассчитывается по формуле (19). Остальные величины рассчитываются по формулам, приведенным для случая 1.

Тексты программ автоматического расчета расстояния места разрыва пули от ветрового ружья и дирекционного угла среднего ветра для данного случая в среде Mathcad 2001i с примером расчета одного варианта приведены в приложениях 7 и 8.

Далее действовать аналогично 1 случаю.

Предлагаемый способ технически реализуем. Так, ветровое ружье ВР-2, перископическая артиллерийская буссоль ПАБ-2А имеются в штате метеорологического поста артиллерийских дивизионов армии РФ [4]. Звукоприемники (приборы ПР-2) и акустические пеленгаторы (системы С-1) также имеются в армии РФ [10], а разрывную пулю можно разработать. В качестве ЭВМ можно использовать, например, Pentium IV 1700 MHz / 512 Mb DDR / 60 Gb HDD 7200 rpm. УУ должно включать в себя аккумулятор, одновибратор (ждущий мультивибратор), инвертор и кнопку для подачи импульса напряжения на электродетонатор ветрового ружья и одновибратор. Эти устройства выпускаются нашей промышленностью.

Список использованных источников.

1. Радиолокационная метеорологическая станция РМС - 1. Техническое описание. - БМ, 1960, - 259 с.

2. Радиолокационная станция ветрового зондирования атмосферы РВ3-1 «Проба». Техническое описание. БМ, 1965.

3. Авторское свидетельство на изобретение №245909. Способ измерения скорости и направления ветра. / Теплухин В.А., Шмелев В.В. / Приоритет изобретения 18.12.85 г.

4. Указания по работе метеорологического поста артиллерийского дивизиона. - М.: Воениздат МО СССР, 1975. - 32 с. Прототип.

5. Ветровое ружье ВР-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - БМ, 1980. - 35 с.

6. Десантный метеорологический комплект ДМК - 2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, - БМ, 1975. - 55 с.

7. Перископическая артиллерийская буссоль ПАБ 2А. Руководство службы. - БМ, 1980. - 20 с.

8. Таланов А.В. Артиллерийская звуковая разведка.- М.: Воениздат министерства обороны Союза ССР, 1957. - 358 с.

9. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. - М.: Наука, 1964. - 608 с.

10. Система С-1. Альбом электрических принципиальных схем. - БМ, 1980.

Приложение 1. Текст программы автоматического расчета расстояния до места разрыва пули от ветрового ружья при северо-западном, западном и юго-западном направлениях ветра в приземном слое атмосферы, разработанной в среде Mathcad 2001 i, с примером расчета одного варианта.

Вариант расчета исходных данных при северо-западном направлении ветра в приземном слое атмосферы применительно к фиг.1.

Пусть температура воздуха в приземном слое атмосферы равна 5°С, а скорость ветра в этом слое равна 5 м/с. Т.е.

t:=5°C, W:=5 м/с.

Пусть дирекционный угол (ДУ) ветра в приземном слое атмосферы равен 320 градусам. Тогда его значение в радианах будет равно

360-40=320 градусов

Т.е. α_W:=5.585 рад.

Пусть ДУ директрисы 2 акустической базы составляет 130 градусов.

Тогда его значение в радианах будет равно

Т.е. α_D2:=2.269 рад.

Скорость звука в атмосфере без учета влияния ветра определяется таким аналитическим выражением (АВ):

Тогда С=334.522 м/с.

Составляющая скорости звука с учетом влияния ветра в направлении: место разрыва "ветровой" пули - звукоприемник 3 определяется таким АВ:

C_W2:=(C+W·cos(α_W-α_D2)). Тогда C_W2=329.598 м/с.

Расчет времени прихода сигнала к 3-му звукоприемнику 2 акустической базы: Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 3 составляет 72 м. Тогда l₃:=72.

t₃=0.218 с.

Расчет времени прихода сигнала к 2-му звукоприемнику 1 и 2 акустических баз: Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 2 составляет 52 м. Тогда

l₂:=52 м.

t₂=0.158 c.

Пусть ДУ директрисы 1 акустической базы составляет 104 градуса.

Тогда его значение в радианах будет равно

α_D1:=1.815 рад.

Составляющая скорости звука с учетом влияния ветра в направлении:

место разрыва "ветровой"пули - звукоприемник 1 определяется таким АВ:

C_W1:=(C+W·cos(α_W-α_D1)). Тогда С_W1=330.477 м/с.

Расчет времени прихода сигнала к 1-му звукоприемнику 1 акустической базы: Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 1 составляет 62 м. Тогда

l₁:=62 м.

t₁=0.188 c.

Пусть ДУ направления: средина 1 акустической базы - средина 2 акустической базы составляет 26 градусов. Тогда его значение в радианах будет равно

α_О1О2:= 0.454 рад.

ДУ направления: средина 2 акустической базы - средина 1 акустической базы можно определить по формуле

α_О2О1:=α_О1О2+π. Тогда α_О2О1:=3.596 рад.

Пусть 1 и 2 акустические базы равны 50 м, а геометрическая база равна 60 м, т.е. l:=50 м, L:=60 м.

Текст программы расчета расстояния

Расчет вышеуказанного расстояния, например, при температуре воздуха в приземном слое атмосферы, равной 5°С, осуществляется так

D1(t):=D(t, L, l, t₃, t₂, t₁, α_W, α_D1, α_D2, W, α_O1O2, α_O2O1) D1(5)=63.258 м.

Приложение 2. Текст программы автоматического расчета дирекционного угла среднего ветра при северо-западном, западном и юго-западном направлениях ветра в приземном слое атмосферы, разработанной в среде Mathcad 2001 i, с примером расчета одного варианта.

t:=5°C, W:=5 м/с.

Т.е. α_W:=5.585 рад.

Тогда его значение в радианах будет равно

Т.е. α_D2:=2.269 рад.

Скорость звука в атмосфере без учета влияния ветпа определяется таким аналитическим выражением (АВ):

Тогда С=334.522 м/с.

Составляющая скорости звука с учетом влияния ветра в направлении: место разрыва "ветровой"пули - звукоприемник 3 определяется таким АВ:

C_W2:=(C+W·cos(α_W-α_D2)). Тогда C_W2=329.598 м/с.

Расчет времени прихода сигнала к 3-му звукоприемнику 2 акустической базы:

Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 3 составляет 72 м. Тогда

l₃:=72.

t₃=0.218 с.

Расчет времени прихода сигнала к 2-му звукоприемнику 1 и 2 акустических баз:

Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 2 составляет 52 м. Тогда

l₂:=52 м.

t₂=0.158 c.

Пусть 1 и 2 акустические базы равны 50 м, l:=50 м.

Текст программы расчета

Расчет дирекционного угла среднего ветра, например, при температуре воздуха в приземном слое атмосферы, равной 5°С, осуществляется так

α_Wcp1(t):=α_Wcp(t,l,t₃,t₂,α_W,α_D2,W),

α_Wcp1(5)=5.831 рад.

Приложение 3. Текст программы автоматического расчета расстояния до места разрыва пули от ветрового ружья при северо-восточном, восточном и юго-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы, разработанной в среде Mathcad 2001i, с примером расчета.

Вариант: Направление ветра в приземном слое атмосферы юго-восточное.

Расчет исходных данных применительно к фигуре 2.

Пусть температура воздуха в приземном слое атмосферы равна 5°С, а скорость ветра в этом слое равна 5 м/с. Тогда

t:=5°C, W:=5 м/с.

Пусть дирекционный угол (ДУ) ветра в приземном слое атмосферы равен 97 градусам. Тогда

α_W:=1.693 рад.

Пусть ДУ директоисы 2 акустической базы составляет 265 градусов.

Тогда

α_D2:=4.625 рад.

C=334.522 м/с.

Составляющая скорости звука с учетом влияния ветра в направлении: место разрыва "ветровой" пули - звукоприемник 3 определяется таким образом:

АВ: C_W2:=(C+W·cos(α_W-α_D2)). C_W2=329.631 м/с.

Расчет времени прихода сигнала к 3-му звукоприемнику 2 акустической базы. Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 3 составляет 85 м. Тогда l₃:=85,

t₃=0.258 c.

Расчет времени прихода сигнала к 2-му звукоприемнику 2 акустической базы. Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 2 составляет около 71 м. Тогда l₂:=71 м.

t₂=0.215 с.

Пусть ДУ директоисы 1 акустической базы составляет около 246 градусов.

Тогда

α_D1:=4.294 рад.

Составляющая скорости звука с учетом влияния ветра в направлении: место разрыва "ветровой" пули - звукоприемник 1 определяется таким АВ:

C_W1:=(С+W·cos(α_W-α_D1)),

C_W1=330.235 м/с.

Расчет времени прихода сигнала к 1-му звукоприемнику 1 акустической базы. Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 1 составляет 88 м. Тогда l₁:=88. t₁:=0.266 с.

Пусть ДУ направления: средина 1 акустической базы - средина 2 акустической базы составляет около 160 градусов. Тогда

α_O1O2:=2.793 рад.

ДУ направления: средина 2 акустической базы - средина 1 акустической базы определяется таким АВ:

α_O2O1:=α_О1O2+π. Тогда α_O2O1=5.935 рад.

Пусть 1 и 2 акустические базы равны 50 м, а геометрическая база - 60 м, т.е. l:=50, L:=60 м.

Текст программы расчета расстояния

Расчет расстояния до места разрыва пули от ветрового ружья, например, при температуре воздуха в приземном слое атмосферы, равной 5°С, осуществляется так

D1(t):=D(t,L,l,t₃,t₂,t₁,α_W,α_D1,α_D2,W,α_O1O2,α_O2O1) D1(5)=67.02 м.

Приложение 4. Текст программы автоматического расчета дирекционного угла среднего ветра при северо-восточном, восточном и юго-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы, разработанной в среде Mathcad 2001i, с примером расчета.

t:=5°С, W:=5 м/с.

α_W:=1,693 рад.

Пусть ДУ директрисы 2 акустической базы составляет 265 градусов. Тогда

α_D2:=4.625 рад.

Тогда С=334.522 м/с.

C_W2:=(C+W·cos(α_W-α_D2)),

Тогда C_W2=329.631 м/с.

Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 3 составляет 85 м. Тогда

l₃:=85.

t₃=0.258 с.

Расчет времени прихода сигнала к 2-му звукоприемнику 2 акустической базы. Пусть расстояние от места разрыва "ветровой "пули до звукоприемника 2 составляет около 71 м. Тогда

l₂:=71 м.

t₂=0.215 с.

Пусть 1 и 2 акустические базы равны 50 м, т.е.

l:=50 м.

Текст программы расчета дирекционного угла среднего ветра

α_Wcp1(t):=α_Wcp(t, l, t₃, t₂, α_W, α_D2, W),

α_Wcp1(5)=1.775 рад.

Приложение 5. Текст программы автоматического расчета расстояния до места разрыва пули от ветрового ружья при юго-западном, южном и юго-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы, разработанной в среде Mathcad 2001i, с примером расчета. Вариант: Направление ветра в приземном слое атмосферы юго-западное.

Расчет исходных данных применительно к фигуре 3.

t:=5°C. W:=5 м/с.

Пусть дирекционный угол (ДУ) ветра в приземном слое атмосферы равен 225 градусам. Тогда

α_W=3.927 рад.

Пусть ДУ директрисы 2 акустической базы составляет 32 градуса.

Тогда

α_D2=0.559 рад.

С=334.522 м/с.

C_W2:=(C+W·cos(α_W-α_D2)), C_W2=329.65 м/с.

Расчет времени прихода сигнала к 3-му звукоприемнику 2 акустической базы. Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 3 составляет 74 м. Тогда

l₃:=74.

t₃=0.224 c.

Расчет времени прихода сигнала к 2-му звукоприемнику 2 акустической базы. Пусть расстояние от места разрыва "ветровой"пули до звукоприемника 2 составляет около 67 м. Тогда

l₂:=67 м.

t₂=0.203 c.

Пусть ДУ директрисы 1 акустической базы составляет 13 градусов. Тогда

α_D1=0.227 рад.

C_W1:=(C+W·cos(α_W-α_D1)), C_W1=330.282 м/с.

Расчет времени прихода сигнала к 1-му звукоприемнику 1 акустической базы. Пусть расстояние от места разрыва "ветровой"пули до звукоприемника 1 составляет 84 м. Тогда l₁:=84.

t₁=0.254 с.

Пусть ДУ направления: средина 1 акустической базы - средина 2 акустической базы составляет около 292 градуса. Тогда

α_O1O2=5.096 рад

ДУ направления: средина 2 акустической базы - средина

1 акустической базы определяется таким АВ:

α_O2O1:=α_O1O2-π. Тогда α_О2О1=1.955 рад.

Пусть 1 и 2 акустические и геометрическая базы равны 50 м, т.е.

l:=50 м, L:=50 м.

Текст программы расчета расстояния

D1(t):=D(t,L,l,t₃,t₂,t₁,α_W,α_D1,α_D2,W,α_O1O2,α_O2O1) D1(5)=60.602 м.

Приложение 6. Текст программы автоматического расчета дирекционного угла среднего ветра при юго-западном, южном и юго-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы, разработанной в среде Mathcad 2001 i, с примером расчета.

Вариант: Направление ветра в приземном слое атмосферы юго-западное.

t:=5°С, W:=5 м/с.

Пусть дирекционный угол (ДУ) ветра в приземном слое атмосферы равен 3,927 рад. α_W:=3.927 рад.

Пусть ДУ директрисы 2 акустической базы составляет 0,559 рад.

α_D2:=0.559 рад.

Тогда C=334.522 м/с.

Пусть время прихода сигнала к 3-му звукоприемнику 2 акустической базы равно 0,224 с, т.е. t₃:=0.224 с.

Пусть время прихода сигнала к 2-му звукоприемнику 2 акустической базы равно 0,203 с, т.е. t₂:=0.203 с.

Пусть 1 и 2 акустические равны 50 м, т.е. l:=50 м.

Текст программы расчета ДУ среднего ветра

Расчет дирекционного угла среднего ветра, например, при температуре воздуха в приземном слое атмосферы, равной 5°С, осуществляется так:

α1_Wc(t):=α_Wc(t,l,t₃,t₂,α_W,α_D2,W), α1_Wc(5)=3.838 рад.

Приложение 7. Текст программы автоматического расчета расстояния до места разрыва пули от ветрового ружья при северо-западном, северном и северо-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы, разработанной в среде Mathcad 2001i, с примером расчета.

Вариант: Направление ветра в приземном слое атмосферы северо-восточное.

Расчет исходных данных применительно к фигуре 4.

t:=5°C, W:=5 м/с.

Пусть дирекционный угол (ДУ) ветра в приземном слое атмосферы равен 22 градусам. Тогда

α_W:=0.384 рад.

Пусть ДУ директрисы 2 акустической базы составляет 183 градуса.

Тогда

α_D2=3.194 рад.

С=334.522 м/с.

C_W2:=(С+W·cos(α_W-α_D2)), C_W2=329.794 м/с.

Расчет времени прихода сигнала к 3-му звукоприемнику 2 акустической базы. Пусть расстояние от места разрыва "ветровой" пули до звукоприемника 3 составляет 72 м. Тогда

l₃:=72.

t₃=0.218 с.

Расчет времени прихода сигнала к 2-му звукоприемнику 2 акустической базы. Пусть расстояние от места разрыва "ветровой"пули до звукоприемника 2 составляет около 50 м. Тогда

l₂:=50 м.

t₂=0.152 с.

Пусть ДУ директрисы 1 акустической базы составляет 160 градусов.

Тогда

α_D1=2.793 рад.

C_W1:=(С+W·cos(α_W-α_D1)), C_W1=330.806 м/с.

Расчет времени прихода сигнала к 1-му звукоприемнику 1 акустической базы. Пусть расстояние от места разрыва "ветровой"пули до звукоприемника 1 составляет 62 м. Тогда l₁:=62.

t₁=0.187 c.

Пусть ДУ направления: средина 1 акустической базы - средина 2 акустической базы составляет около 82 градуса. Тогда

α_O1O2=1.431 рад.

α_O2O1:=α_O1O2+π. Тогда α_O2O1=4.573 рад.

l:=60 м, L:=55 м.

Текст программы расчета расстояния

D1(t):=D(t,L,l,t₃,t₂,t₁,α_W,α_D1,α_D2,W,α_O1O2,α_O2O1), D1(5)=61.488 м.

Приложение 8. Текст программы автоматического расчета дирекционного угла среднего ветра при северо-западном, северном и северо-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы, разработанной в среде Mathcad 2001 i, с примером расчета. Вариант: Направление ветра в приземном слое атмосферы северо-восточное.

Пусть температура воздуха в приземном слое атмосферы равна 5°С, а скорость ветра в этом слое равна 5 м/с. Т.е. t:=5°C, W:=5 м/с.

Пусть дирекционный угол (ДУ) ветра в приземном слое атмосферы равен 0,384 рад. Т.е. α_W:=0.384 рад.

Пусть ДУ директрисы 2 акустической базы составляет 3,194 рад. Т.е. α_D2:=3.194 рад.

Тогда С=334.522 м/с.

Пусть время прихода сигнала к 3-му звукоприемнику 2 акустической базы равно 0,218 с, т.е. t₃:=0.218 с.

Пусть время прихода сигнала к 2-му звукоприемнику 2 акустической базы равно 0,152 с, т.е. t₂:=0.152 с.

Пусть 1 и 2 акустические равны 60 м, т.е. l:=60 м

Текст программы расчета ДУ среднего ветра

α1W_c(t):=αW_c(t,l,t₃,t₂,α_W,α_D2,W), α1W_c(5)=0.424 рад.

Приложение 9. Скорости среднего ветра W_Y (м/сек) и приращения направления среднего ветра

(дел. угл) в зависимости от дальности сноса ветровых пуль D с параметрами, идентичными параметрам пуль, выстреливаемых зондировочными патронами ЗП-2 и НЗП.

Стандартные высоты Y, м	Дальности сноса ветровых пуль D, м												Дирекционный угол увеличивают на
	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150
200	3	4	5	6	7	7	8	9	10	11	12	12	0-00
400	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	1-00
800	4	5	6	7	8	9	10	11	13	14	15	16	2-00
1200	4	5	7	8	8	9	11	12	13	15	15	16	2-00
1600	4	6	7	8	9	10	11	13	14	15	17	17	3-00
2000	4	6	7	8	9	10	11	13	14	16	17	18	3-00
2400	4	6	8	9	9	10	12	14	15	16	18	19	3-00
3000	5	6	8	9	10	11	12	14	15	17	18	19	4-00
4000	5	6	8	9	10	11	12	14	16	18	19	20	4-00

Claims

Способ измерения скорости и направления ветра, заключающийся в том, что выбирают в стороне от огневых позиций, в направлении сноса ветровых пуль, открытый, ровный участок местности протяженностью до двухсот метров, измеряют температуру воздуха в приземном слое атмосферы, скорость и направление ветра в этом слое, отличающийся тем, что в средине вышеуказанного участка выбирают точку пересечения акустических баз З₂ и устанавливают над ней оптико-механический прибор, производят его горизонтирование и ориентирование по сторонам света, поворачивают, в случае северо-западного, западного и юго-западного направлений ветра в приземном слое атмосферы, оптическую ось его визира от направления на географический север по ходу вращения часовой стрелки так, чтобы директриса второй акустической базы была направлена в сторону сноса ветровых пуль и левее примерно на пять-десять градусов вектора скорости ветра в приземном слое атмосферы, отмеряют от этого прибора вдоль его оптической оси половину акустической базы, устанавливают в этой точке O₂ ветровое ружье и готовят его к зондированию атмосферы, отмеряют от этой точки еще половину акустической базы и устанавливают в полученной точке звукоприемник номер три, считывают со шкалы прибора дирекционный угол второй акустической базы, поворачивают оптическую ось визира на девяносто градусов в направлении вращения часовой стрелки и считывают со шкалы прибора дирекционный угол директрисы второй акустической базы, поворачивают эту ось по направлению вращения часовой стрелки на угол, равный разности углов 90° и удвоенного α₂, причем α₂≈15°, считывают со шкалы прибора дирекционный угол первой акустической базы, отмеряют от прибора половину акустической базы вдоль оптической оси визира, устанавливают в точке O₁ веху, отмеряют от этой вехи еще половину акустической базы вдоль оптической оси визира и устанавливают в точке З₁ звукоприемник номер один, поворачивают оптическую ось визира против направления вращения часовой стрелки на угол 90° и считывают со шкалы прибора отсчет дирекционного угла директрисы первой акустической базы, убирают прибор с точки З₂ и устанавливают над ней звукоприемник номер два, устанавливают прибор в точке O₁, горизонтируют его и ориентируют по странам света, поворачивают оптическую ось визира на ветровое ружье и считывают со шкалы прибора дирекционный угол направления O₁O₂, производят выстрел из ветрового ружья зондировочной разрывной пулей, принимают акустический сигнал, образованный разрывом этой пули при падении ее на землю, преобразуют звукоприемниками номер один, два и три этот сигнал в электрические сигналы, измеряют времена прихода этих сигналов к вышеназванным звукоприемникам, определяют скорость ветра для стандартной высоты двести метров, а также дирекционный угол среднего ветра для остальных стандартных высот, при юго-восточном, восточном и северо-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы производят действия, аналогичные вышерассмотренным, но поворачивают оптическую ось визира прибора, установленного в точке З₂, от направления на географический север против направления вращения часовой стрелки так, чтобы директриса первой акустической базы была направлена в сторону сноса ветровых пуль и левее примерно на пять-десять градусов вектора скорости ветра в приземном слое атмосферы, отмеряют от этого прибора вдоль его оптической оси половину акустической базы, устанавливают в этой точке О₁ веху, отмеряют от этой точки еще половину акустической базы и устанавливают в точке З₁ звукоприемник номер один, считывают со шкалы прибора дирекционный угол первой акустической базы, поворачивают оптическую ось визира против вращения часовой стрелки на угол 90°, считывают со шкалы прибора дирекционный угол директрисы первой акустической базы, поворачивают оптическую ось визира против вращения часовой стрелки на угол, равный разности углов 90° и удвоенного α₄, причем α₄≈7°, считывают со шкалы прибора дирекционный угол второй акустической базы, отмеряют от этого прибора вдоль его оптической оси половину акустической базы, устанавливают в этой точке O₂ ветровое ружье и готовят его к зондированию атмосферы, отмеряют от ружья вдоль оптической оси визира еще половину акустической базы, устанавливают в этой точке O₃ звукоприемник номер три, поворачивают оптическую ось визира по направлению вращения часовой стрелки на угол 90° и считывают со шкалы прибора дирекционный угол директрисы второй акустической базы, убирают прибор с точки З₂ и устанавливают над ней звукоприемник номер два, устанавливают прибор в точке О₁, горизонтируют его и ориентируют по сторонам света, поворачивают оптическую ось визира на ветровое ружье и считывают со шкалы прибора дирекционный угол направления O₁O₂,

при юго-западном, южном и юго-восточном направлениях ветра в приземном слое атмосферы производят действия, аналогичные вышерассмотренным, но поворачивают оптическую ось визира прибора, установленного в точке З₂, от направления на географический север по ходу вращения часовой стрелки так, чтобы директриса второй акустической базы была направлена в сторону сноса ветровых пуль и левее примерно на пять-десять градусов вектора скорости ветра в приземном слое атмосферы, отмеряют от этого прибора вдоль его оптической оси половину акустической базы, устанавливают в этой точке O₂ ветровое ружье и готовят его к зондированию атмосферы, отмеряют от этой точки еще половину акустической базы и устанавливают в полученной точке звукоприемник номер три, считывают со шкалы прибора дирекционный угол второй акустической базы, поворачивают оптическую ось визира на 90° в направлении вращения часовой стрелки и считывают со шкалы прибора отсчет дирекционного угла директрисы второй акустической базы, затем поворачивают эту ось по направлению вращения часовой стрелки на угол, равный разности углов 90° и удвоенного α₆, причем α₆≈10°, считывают со шкалы прибора дирекционный угол первой акустической базы, отмеряют от прибора половину акустической базы вдоль оптической оси визира, устанавливают в точке O₁ веху, отмеряют от этой вехи еще половину акустической базы вдоль оптической оси визира и устанавливают в точке З₁ звукоприемник номер один, поворачивают оптическую ось визира против направления вращения часовой стрелки на угол 90° и считывают со шкалы прибора отсчет дирекционного угла директрисы первой акустической базы, убирают прибор с точки З₂ и устанавливают над ней звукоприемник номер два, устанавливают прибор в точке O₁, горизонтируют его и ориентируют по сторонам света, поворачивают оптическую ось визира на ветровое ружье и считывают со шкалы прибора дирекционный угол направления O₁O₂,

при северо-восточном, северном и северо-западном направлениях ветра в приземном слое атмосферы производят действия, аналогичные вышерассмотренным, но поворачивают оптическую ось визира прибора, установленного в точке З₂, от направления на географический север против направления вращения часовой стрелки так, чтобы директриса первой акустической базы была направлена в сторону сноса ветровых пуль и левее примерно на пять-десять градусов вектора скорости ветра в приземном слое атмосферы, отмеряют от этого прибора вдоль его оптической оси половину акустической базы, устанавливают в этой точке О₁ веху, отмеряют от этой точки еще половину акустической базы и устанавливают в точке З₁ звукоприемник номер один, считывают со шкалы прибора дирекционный угол первой акустической базы, поворачивают оптическую ось визира против вращения часовой стрелки на угол 90°, считывают со шкалы прибора дирекционный угол директрисы первой акустической базы, поворачивают оптическую ось визира против вращения часовой стрелки на угол, равный разности углов 90° и удвоенного α₈, причем α₈≈13°, считывают со шкалы прибора дирекционный угол второй акустической базы, отмеряют от этого прибора вдоль его оптической оси половину акустической базы, устанавливают в этой точке О₂ ветровое ружье и готовят его к зондированию атмосферы, отмеряют от ружья вдоль оптической оси визира еще половину акустической базы, устанавливают в этой точке О₃ звукоприемник номер три, поворачивают оптическую ось визира по направлению вращения часовой стрелки на угол 90° и считывают со шкалы прибора дирекционный угол директрисы второй акустической базы,

убирают прибор с точки З₂ и устанавливают над ней звукоприемник номер два, устанавливают прибор в точке O₁, горизонтируют его и ориентируют по сторонам света, поворачивают оптическую ось визира на ветровое ружье и считывают со шкалы прибора дирекционный угол направления O₁O₂.