Эхоледомер | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 10 октября, печатный экземпляр отправим 14 октября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Потёмкина, М. Д. Эхоледомер / М. Д. Потёмкина, Д. А. Кашин, Н. Д. Абаканович, К. Н. Михайлова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 49 (287). — С. 194-197. — URL: https://moluch.ru/archive/287/64741/ (дата обращения: 26.09.2020).



Для обеспечения безопасной навигации автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) в районах Северного Ледовитого океана необходимо иметь информацию о глубине, толщине, профиле нижней границы раздела «вода-лёд» ледового покрова. Эхоледомеры предназначены для измерения этих параметров. Могут размещаться как на подводных аппаратах, так и на подводных лодках и стационарных буйковых станциях. Сегодня существуют два типа эхоледомеров: акусто-гидростатический и акустический (или гидроакустический).

Принцип действия эхоледомера заключается в излучении вертикально вверх ультразвуковых импульсов, которые отражаются на границах «вода-лёд» и «лёд-воздух». Толщина льда определяется по формуле:

ΔL=H-h=(t2-t1)/c

где H — глубина погружения АНПА

h — расстояние до нижней границы льда

t2 — время распространения сигнала до верхней границы льда

t1 — время распространения сигнала до нижней границы льда

Если t1=t2, то лёд над АНПА отсутствует или имеет незначительную толщину.

В акусто-гидростатическом эхоледомере значение толщины льда находится как разность между глубиной АНПА, измеренная датчиком гидростатического давления, и расстоянием от АНПА до нижней границы льда, которое измеряется направленным вверх эхолотом, где Р — преобразователь гидростатического давления; А — антенна эхоледомера; ПП — приёмно-передающий тракт.

Рис. 1. Принцип действия акусто-гидростатического эхоледомера.

Это даёт возможность вычислять осадку льда Zл в соответствии с выражением

Zл=Hпi-ri

где Hпi — глубина погружения i-й акустической антенны; ri — кратчайшее расстояние между антенной и нижней поверхностью льда в точке излучения. Значение ri вычисляется по формуле:

ri = ri'cosθcosψ=(tic)/2 cosθcosψ

где ri'==(tic)/2 — вычисленная по времени запаздывания ti- дистанция до нижней кромки льда от i-й антенны; с — значение средней по трассе распространения скорости звука; θ, ψ: — соответственно значения углов крена и дифферента объекта в момент излучения; i = 1, 2... — номер антенны.

В общем случае эхоледомер может использовать несколько антенн, находящихся в разных точках АНПА.

Эхоледомер является измерительным устройством, которое должно обеспечивать измерение осадки льда с возможно меньшей погрешностью. Чтобы обеспечить безопасность подлёдного плавания, необходимо точно знать толщину и осадку льда.

Рис. 2. Изображение нижней границы ледового покрова на ленте самописца. Масштабы по оси времени и по глубине отличаются в 100 раз

Преимущества акусто-гидростатического эхоледомера:

− принципиальная простота

− наглядность получаемых данных (рис.1.2)

− возможность измерять осадку льда практически любой толщины.

Для измерения льда можно также использовать и только акустический способ измерения. Этот способ применяется на гидроакустическом эхоледомере.

Измерение толщины льда в гидроакустическом эхоледомере осуществляется с помощью направленного вертикально верх эхолота, излучающего сигналы одновременно на высокой (50–100 кГц) и низкой (до 1 кГц) частотах. Высокочастотный сигнал отражается от границы «вода-лёд», а низкочастотный — от границы «лёд-воздух». Принцип действия гидроакустического эхоледомера показан на рис. 3.

Рис. 3. Принцип работы гидроакустического эхоледомера. ППвч, ППнч — приёмно-передающая аппаратура высокочастотная и низкочастотная

Частотная зависимость коэффициента затухания для молодых льдов описывается выражением β ≈7,5f1/2, из которого следует, что даже при очень низкой для эхолотов частоте в 1 кГц и при толщине льда всего 0,5 м сигнал ослабевает на 7,5 дБ в слое льда, а при частотах 50…100 кГц сигнал ослабевает настолько сильно, что отражение происходит только от нижней границы льда. Следовательно, для осуществления акустического способа нижняя частота должна быть равной примерно 1 кГц, а высокая — 50... 100 кГц.

Преимущества гидроакустического эхоледомера:

− показания не зависят от абсолютного гидростатического давления и скорости звука в воде

Недостатки:

− точность зависит от знания средней скорости звука в слое льда

− реализация требует преодоления сложных технических и технологических трудностей

Литература:

  1. Богородский А. В., Островкий Д. Б. Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства. — СПб.: Изд. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. — 243 с.
  2. Гидроакустическая техника исследования и освоения океана / А. В. Богородский, Г. В. Яковлев, Е. А. Корепин, А. К. Должиков. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. — 264 с.
  3. Корякин Ю. А., Смирнов С. А., Яковлев Г. В. Корабельная гидроакустическая техника: состояние и актуальные проблемы. — СПб.: Наука, 2004. — 409 с.
  4. Морской энциклопедический справочник: В двух томах. Том 2 / Под ред. Н. Н. Исанина. — Ленинград: Судостроение, 1987. — 520 с.
Основные термины (генерируются автоматически): нижняя граница льда, осадок льда, принцип действия, время распространения сигнала, гидростатическое давление, глубина погружения, ледовый покров, скорость звука, слой льда, толщина льда.


Похожие статьи

Экспериментальные исследования и анализ характеристик...

При освоении нефтегазовых ресурсов в Бохайском заливе важное влияние на процесс определения проектных параметров морских сооружений, а также выявления динамики ледяного покрова оказывают физические и механические свойства морского льда.

Оценка эффективности ледокольных средств | Статья в журнале...

Ключевые слова: лед, ледокольная платформа на воздушной подушке, разрушение льда, ледовое сопротивление.

То есть, следует дать оценку эффективности комплекса как технического средства разрушения льда, не связывая его с конкретными условиями...

Изучение некоторых физических свойств снега и процесса...

Условия образования и формирования кристаллов льда в естественных условиях.

Снежинка — это замороженный кристалл воды (кристалл льда), имеющий форму шестилучевого многогранника.

При подъеме воздух попадает в слои все более низкого давления.

Проблемы при выборе типа морской стационарной платформы...

- плавучие платформы, давление льда в которых воспринимает корпус платформы и

Следует отметить, что в настоящее время разработан и предложен ряд технических решений в

Пока не созданы надежные конструкции для работы в акваториях с паковым льдом на глубинах более...

Заготовка льда | Статья в журнале «Юный ученый»

Но лёд был всё равно необходим в домах, и коммерческая заготовка льда была процветающим бизнесом на

Их различные свойства проявляются при различных атмосферных давлениях и температурах.

Навыки заготавливания льда передаются из поколения в поколение.

Горячие факты про лед | Статья в журнале «Юный ученый»

Моё любимое время года – это зима. Прозрачный морозный воздух, пушистые хлопья снега, деревья в серебре, хрустальный лед на реках и озерах. Это волшебство – зима. С приходом зимы температура понизилась.

Эффект Мпембы | Статья в журнале «Юный ученый»

В этом случае скорость формирования кристаллов льда будет меньше. В случае же с горячей водой, переохлаждённая, она не будет иметь слоя льда на поверхности, продолжая терять тепло, испаряясь через открытый верх. А когда процесс переохлаждения заканчивается, и вода...

К вопросу процесса намораживания льда в замкнутом водном...

Вычислим скорость пара на входе в конденсатор.

Следовательно, процесс образования льда характеризуется выражением [5]

Коровин Г.С. Энергосберегающая технология заготовки естественного льда на молочных фермах [Текст]/ Г.С. Коровин В.И. Квашенников, А.П...

Викторина «Физика в природе» | Статья в журнале...

Вес льда равен весу воды, получившейся из него при таянии, следовательно (по закону плавания тел), вода займет объем погруженной части льда.

Каково ускорение и скорость самолета, если он, двигаясь по ней равноускоренно, взлетел через 15 секунд?

Похожие статьи

Экспериментальные исследования и анализ характеристик...

При освоении нефтегазовых ресурсов в Бохайском заливе важное влияние на процесс определения проектных параметров морских сооружений, а также выявления динамики ледяного покрова оказывают физические и механические свойства морского льда.

Оценка эффективности ледокольных средств | Статья в журнале...

Ключевые слова: лед, ледокольная платформа на воздушной подушке, разрушение льда, ледовое сопротивление.

То есть, следует дать оценку эффективности комплекса как технического средства разрушения льда, не связывая его с конкретными условиями...

Изучение некоторых физических свойств снега и процесса...

Условия образования и формирования кристаллов льда в естественных условиях.

Снежинка — это замороженный кристалл воды (кристалл льда), имеющий форму шестилучевого многогранника.

При подъеме воздух попадает в слои все более низкого давления.

Проблемы при выборе типа морской стационарной платформы...

- плавучие платформы, давление льда в которых воспринимает корпус платформы и

Следует отметить, что в настоящее время разработан и предложен ряд технических решений в

Пока не созданы надежные конструкции для работы в акваториях с паковым льдом на глубинах более...

Заготовка льда | Статья в журнале «Юный ученый»

Но лёд был всё равно необходим в домах, и коммерческая заготовка льда была процветающим бизнесом на

Их различные свойства проявляются при различных атмосферных давлениях и температурах.

Навыки заготавливания льда передаются из поколения в поколение.

Горячие факты про лед | Статья в журнале «Юный ученый»

Моё любимое время года – это зима. Прозрачный морозный воздух, пушистые хлопья снега, деревья в серебре, хрустальный лед на реках и озерах. Это волшебство – зима. С приходом зимы температура понизилась.

Эффект Мпембы | Статья в журнале «Юный ученый»

В этом случае скорость формирования кристаллов льда будет меньше. В случае же с горячей водой, переохлаждённая, она не будет иметь слоя льда на поверхности, продолжая терять тепло, испаряясь через открытый верх. А когда процесс переохлаждения заканчивается, и вода...

К вопросу процесса намораживания льда в замкнутом водном...

Вычислим скорость пара на входе в конденсатор.

Следовательно, процесс образования льда характеризуется выражением [5]

Коровин Г.С. Энергосберегающая технология заготовки естественного льда на молочных фермах [Текст]/ Г.С. Коровин В.И. Квашенников, А.П...

Викторина «Физика в природе» | Статья в журнале...

Вес льда равен весу воды, получившейся из него при таянии, следовательно (по закону плавания тел), вода займет объем погруженной части льда.

Каково ускорение и скорость самолета, если он, двигаясь по ней равноускоренно, взлетел через 15 секунд?

Задать вопрос