17

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет морских технологий и судоходства кафедра океанотехники и кораблестроения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению практических работ по дисциплине ОКЕАНОТЕХНИКА

для студентов специальности 7.100201 – «Океанотехника и кораблестроение» всех форм обучения

Севастополь 2002

УДК. 629

Методические указания к выполнению практических работ по дисциплине «Океанотехника» /Составил профессор Кушнир В.М. – Севастополь/

Целью методических указаний является оказание помощи студентам при выполнении практических работ по дисциплине «Океанотехника».

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры океанотехники и кораблестроения (Протокол № от …………….2002 г).

Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.

Рецензент д. т. н., профессор Ожиганов Ю. Г.

СОДЕРЖАНЕ

стр.

1. Практическая работа №1 Расчеты поправок

к однолучевым и многолучевым эхолотам……………………….. 3

2. Практическая работа №2 Обработки данных в

океанотехнических измерительных системах.……………………….. 8

3. Практическая работа № 3 Расчеты погрешностей

измерения гидрологических характеристик и течений……………15.

Практическая работа №1 Расчеты поправок к однолучевым и многолучевым эхолотам Цель работы

Изучить и освоить методы расчета поправок к однолучевым и многолучевым эхолотам

1.1. Теоретический раздел

Основные средства обследования морского дна основаны на использовании гидроакустической техники. В связи с этим, мы коротко рассмотрим основные положения гидроакустики. Одной из основных акустических характеристик морской среды является скорость звука. В океане она изменяется примерно от 1450 до 1540 м/с. Скорость звука в морской воде может быть определена непосредственно при помощи специальных измерительных средств, либо вычислена по эмпирическим соотношениям, дающим величину скорости звука в зависимости от температуры, солености и гидростатического давления. Погрешность измерения с помощью специализированных приборов составляет от 0,1 до 0,3 м/с. расчет по эмпирическим соотношениям дает более высокую точность, благодаря чему косвенные методы получили широкое распространение. Для практических целей можно использовать следующие соотношения:

C = 1445 + 4.44t - 0.0615t² + (1.2+0.015t)(s-35), м/с

C = 1450 + 4.206t - 0.0366t² + 1.157(s-35), м/с, (1.1)

где [t] = ^oC, [s] = %_o.

Поправка к скорости звука, учитывающее давление выражается через глубину z следующим образом:

C_z = 0,1656 + 1,64802 10^-2z + 1,468010^-7z² + 4.31510^-12z³ - 3,4810^-16z⁴ - 3.410^-21z⁵ - 1.210^-26z^-6. (1.2)

При увеличении солености на 1%₀ скорость звука увеличивается примерно на 1,2 м/с, увеличение глубины на 100 соответствует увеличению скорости звука примерно на 1,6 м/с. Приращение скорости звука при изменении температуры сильно зависит от ее среднего значения Ниже приведена такая зависимость.

Т, ^оС 5 10 15 20 25 30

ΔС, м/с 4,1 3,6 3,2 2,8 2.4 2.1

Эхолоты - гидроакустические судовые навигационные приборы, предназначенные для измерения глубин за счет излучения акустической энергии в сторону дна и приема возникающих при этом отраженных или эхо-сигналов. Частота излучения эхолотов находится в диапазоне от 10 до 200 кГц, продолжительность акустического импульса – от 0,05 до 20 мс. Малые длительности и высокие частоты применяют для малых глубин. В качестве вибраторов применяют либо магнитострикционные, либо пьезоакустические преобразователи.

По основному назначению эхолоты делят на навигационные, промерные и глубоководные, используемые при проведении гидрографических работ. Техника эхолокации используется также для обнаружения косяков рыбы, подводных лодок. Исследования звукорассеивающих слоев, определения свойств грунтов и стратификации донных отложений.

Эхолоты обычно состоят из электронного блока, включающего все узлы излучающего и приемного трактов, индикатора глубины и самописца, а также отдельного блока приемоизлучающей антенны, установленного на днище судна. В настоящее время существует большое число разновидностей навигационных эхолотов (НЭЛ), отличающихся, главным образом, диапазоном измеряемых глубин и массогабаритными характеристиками. Это позволяет их использовать на судах всех классов, включая катера и шлюпки. Типичным навигационным эхолотом является распространенный прибор типа НЭЛ-10. Он позволяет измерять глубины в диапазоне от 1 до 2000 м. Для получения данных и регистрации глубин используется указатель глубины с неоновой лампочкой, механический самописец со шкалами 100, 300, 1000, 2000 м, а также цифровое табло. Специальный блок формирует звуковой и световой сигналы в момент, когда глубина под килем уменьшается до заранее установленной величины. Эта величина выбирается в пределах от 5 до 50м.

Ошибка измерения глубины обычно составляет 1…2% от значения используемой шкалы. Масса комплекта аппаратуры не превышает 300 кг.

Как уже отмечалось, эхолот регистрирует время, прошедшее от момента излучения акустического импульса до момента поступления на приемный тракт отраженного от дна сигнала. Этот интервал времени T равен:

, (1.3)

где H - глубина, С(t,s,z) - скорость звука, зависящая от температуры, солености и глубины, C₀ - осредненное по глубине обратное значение скорости звука.

Из приведенного соотношения следует, что H = 0.5TC₀.

Все эхолоты рассчитывают на определенную величину скорости звука C₀, которая заносится в паспорт эхолота. Это значение называют расчетной скоростью звука.

Реальное значение C₀ может отличаться от расчетной или паспортной величины, так как скорость звука в морской воде зависит от температуры t, солености s и глубины или точнее от гидростатического давления p.

С точностью, достаточной для практических целей скорость звука при атмосферном давлении вычисляется по соотношениям (1.1)

В настоящее время разработаны более сложные соотношения для расчетов скорости звука по известным величинам температуры, солености и давления, причем они рекомендованы для использования UNESCO и поэтому имеют статус международных.

В тех случаях, когда точность определения глубин может быть относительно низкой, можно пользоваться рекомендованными величинами расчетной скорости звука для различных морей и океанов, которые имеются в различных справочниках. Так для Северной Атлантики рекомендуется С = 1491 м/с, для Берингова моря - 1476 м/с, для Гренландского моря - 1462 м/с, для Черного моря - 1482 м/с.

Глубина, измеренная эхолотом, отличается от действительной глубины (отсчитываемой от поверхности моря) на величину поправки

, (1.4)

где d - расстояние от грузовой ватерлинии до места установки вибратора - высота погружения вибратора, - поправка, зависящаяся от базы - расстояния L между излучателем и приемником звука и равная , где - глубина; - поправка за счет разности действительной C и расчетной C_O скорости звука, равная H[(C/C_O) -1].

Современные промерные эхолоты обеспечивают измерения глубин с погрешностями примерно 1%. Обычно они входят в состав автоматизированных навигационно-гидрографических систем, управляемых ЭВМ и сопряженных с координирующими навигационными устройствами различных типов. В последние годы используются главным образом спутниковые навигационные системы, характеристики которых мы рассмотрим в следующих разделах.

Регистрация замеров в промерных эхолотах производится в реальном масштабе времени съемки и расстояния между точками фиксации замеров соответствуют пути, пройденному судном между замерами.

Наряду со сложными судовыми комплексами промерных эхолотов существуют и более простые малогабаритные системы для катеров и шлюпок, при помощи которых производят промерные работы в прибрежных акваториях