Метеорологические наблюдения в аэронавигации

Размещено на http://allbest.ru

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации”

Кафедра №10 Авиационной метеорологии и экологии

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО МЕТЕОРОЛОГИИ

Метеорологические наблюдения в аэронавигации

Исполнил студент:

Направление подготовки: “Аэронавигация”,

профиль “Лётная эксплуатация гражданских воздушных судов”

по заочной форме обучения 2-го ВПО.

г. Санкт-Петербург, 2014 г.



1. Измерение характеристик ветра в приземном слое атмосферы

Цель работы: Изучить методику определения скорости и направления ветра у земли; научиться оценивать характеристики сдвига ветра в приземном слое атмосферы.

1.1 Первичные преобразователи направления и скорости ветра

Флюгарка. Для определения направления ветра пользуются флюгарками. Они представляют собой жесткую асимметричную (относительно вертикальной оси) систему из пластин и противовеса, свободно вращающуюся вокруг вертикальной оси. Под воздействием ветра флюгарка устанавливается в плоскости ветра противовесом навстречу ветру (указывая, откуда дует ветер).

Формы флюгарки очень разнообразны. Большинство флюгарок имеет две пластины, расположенные под углом друг к другу, что создает устойчивость в воздушном потоке и повышает чувствительность, что очень важно при небольших скоростях ветра.

Положение флюгарки передается на указатель при помощи двух одинаковых сельсинов. Один сельсин является датчиком и соединен с флюгаркой, второй является приемником и находится в пульте управления. Каждый сельсин имеет обмотки из трех секций на корпусе и один на свободно вращающемся якоре. При включении переменного тока взаимодействие магнитных полей обмотки заставляет якорь сельсина-приемника занять точно такое же положение, какое в данный момент занимает якорь сельсина-датчика на флюгарке.

Широко применяемые приборы для измерения скорости ветра основаны на принципе преобразования скорости ветра в механическое перемещение чувствительного элемента. Наиболее распространены два вида чувствительных элементов: чашечные вертушки и воздушный винт.

Чашечная вертушка состоит из трех или четырех полых полусфер, прикрепленных к центральной втулке с помощью стержней, радиально расположенных в одной плоскости, перпендикулярной оси втулки.

Давление, оказываемое ветром на вогнутую поверхность чашки, больше, чем на выпуклую. Сила давления ветра на чашку стремится повернуть всю вертушку вокруг оси по часовой стрелке. Сначала вертушка движется с ускорением, но с увеличением скорости вращения чашек давление ветра на выпуклые стороны возрастает, а на вогнутые убывает. При некоторой скорости вращения чашек наступает равновесие, а скорость вращения становится постоянной. Чашечная вертушка не требует ориентации относительно направления ветра.

Воздушный винт. В качестве первичного преобразователя скорости ветра также используется воздушный винт с тремя и большим числом лопастей различной формы и размеров. Воздушный винт требует ориентации по направлению ветра, чтобы ось его вращения совпадала с направлением ветра (плоскость вращения винта была бы перпендикулярна направлению ветра). Поэтому винт применяют в сочетании с флюгаркой.

Воздушные винты имеют широкое применение при измерении больших скоростей ветра, особенно в районах с частыми случаями гололедообразования. Чашечные вертушки чаще всего используют для измерения малых скоростей ветра.

1.2 Приборы для измерения и регистрации параметров ветра у земли

Анемометр Фусса применяется для измерения средней скорости ветра в диапазоне от 1 до 20 м/с. Приемником воздушного потока является четырехчашечная вертушка, ее ось соединена с механическим счетчиком. Скорость вращения вертушки пропорциональна скорости ветра. Механический счетчик имеет три циферблата, которые позволяют оценить количество оборотов вертушки. Большая стрелка указывает целые деления, а две маленькие отмечают сотни и тысячи. Сбоку на кожухе прибора находится рычажок включения счетчика.

Приступая к измерениям, анемометр с включенным счетчиком устанавливается на шесте высотой 2 м. Записывают показания всех стрелок счетчика. Через 20-30 с одновременно включают счетчик и секундомер, и через заданное время (как правило, 2 или 10 минут) выключают счетчик и записывают новые показания. Разделив разность показаний счетчика на время наблюдения, определяют среднее число оборотов вертушки в секунду и по градуированной кривой или таблице, имеющейся в поверочном свидетельстве анемометра, оценивают среднюю скорость ветра. Погрешность анемометра Фусса ± (0,3 + 0,05U), м/с.

Анемометр ручной индукционный АРИ-49 измеряет скорость ветра в пределах от 2 до 30 м/с. Приемником воздушного потока служит трехчашечная вертушка, соединенная осью с магнитным тахометром. Магнит помещен в металлическом стаканчике, установленном на оси, к нему крепится стрелка прибора и сдерживающая пружина.

При вращении вертушки вращается магнит и возникает электромагнитное поле. Под его воздействием стаканчик поворачивается в сторону вращающегося магнита. Чем выше скорость ветра, тем больше угол, на который, преодолевая силу сдерживающей пружины, отклонится стрелка вместе со стаканчиком, а большему углу отклонения соответствует большая скорость ветра. Цена деления шкалы 1 м/с. В течение 1-2 минут следят за колебаниями стрелки, а затем отсчитывают скорость ветра по среднему положению колеблющейся стрелки с точностью до 1 м/с. Погрешность АРИ-49 составляет ± (0,5 + 0,05U), м/с.

Анемометр и флюгер фирмы Vaisala являются ветроизмерительными модулями в комплексной радиотехнической аэродромной метеостанции Вайсала-KPAMС-4 (совместная российско-финская разработка).

Анемометр WAA151 малоинерционный прибор для дистанционного измерения скорости ветра у земли. Вертушка имеет три очень легких конических чашки, которые обеспечивают диапазон измерения скорости ветра от 0,4 до 75 м/с. В качестве чувствительного элемента используется оптикоэлектронный датчик. Вращаемый ветром диск, подсоединенный к валу вертушки, прерывает луч инфракрасного света, генерируя выходные импульсы от фототранзистора. Частота выходного импульса прямо пропорциональна скорости ветра (например, 246 Гц = 24,6 м/с). Нагревательный элемент в отверстии вала предохраняет подшипники от замерзания при отрицательных температурах. Погрешность измерения скорости ветра составляет не более ± 0,5 м/с. Порог чувствительности < 0,5 м/с.

Флюгер WAF151 - оптикоэлектронный флюгер с малым порогом чувствительности. Инфракрасные диоды и фототранзисторы смонтированы на шести орбитах 6-битового диска. При обороте флюгера диск меняет ход, принимаемый фотодиодами. Элемент обогрева во втулке вала предохраняет подшипники от намерзания изморози в холодном климате.

Диапазон измерения направления ветра от 0 до 360° при скорости ветра от 0,4 до 75 м/с. Точность измерения < ± 3°. Пороговая чувствительность 0,4 м/с. WAA151 и WAF151 устанавливаются на кронштейне датчиков ветра типа WAC15, выполненного из анодированного алюминия со скобой на макушке мачты. На кронштейне устанавливается водонепроницаемая распределительная коробка для подключения линии питания. Внутри коробки имеется термостативный переключатель для включения подогрева при низких температурах. Расстояние между датчиками на кронштейне 80 см. Анемометр WAA151 и флюгер WAF151 устанавливают на трубчатых сборных мачтах, крепящихся друг к другу самонарезающимися болтами.

Дистанционная метеорологическая станция (ДМС) М-49 предназначена для дистанционного (до 100 м) измерения скорости и направления ветра, температуры и относительной влажности воздуха.

Состоит из блока датчиков скорости и направления ветра, блока датчиков температуры и влажности воздуха, блока указателей и блока питания. В качестве чувствительного элемента датчика скорости ветра используется восьмилопастной воздушный винт, а в качестве преобразователя - тахогенератор переменного тока. Чувствительным элементом датчика направления служит флюгарка, преобразователем - бесконтактный сельсин.

Под действием воздушного потока винт начинает вращаться, и через ось, на которую он посажен, и систему конических шестерен это вращение передается на постоянный магнит тахогенератора. Напряжение от генератора поступает на измерительный пульт, шкала которого проградуирована в м/с.

При оценке направления ветра положение флюгарки передается на измерительный пульт при помощи двух одинаковых сельсинов. В качестве чувствительного элемента датчика температуры используется термометр сопротивления, размещенный в одном блоке с датчиком влажности.

Для измерения относительной влажности в М-49 применяется гигрометр из животной пленки в виде мембраны. Ее вершина через рычажную передачу и зубчатую пару механически соединяется с ротором сельсина-датчика (аналогичного сельсину-датчику направления ветра). При изменении высоты пленочной мембраны происходит одновременный поворот на соответствующий угол якоря сельсина- датчика и якоря сельсина-приемника.

ДМС позволяет измерить метеорологические параметры с погрешностью:

- скорость ветра ± (0,5 + 0,05U), м/с;

- направление ветра ± 10°;

- температурд. воздуха ± 1°;

- относительная влажность ± 7%.

Анеморумбометр М63М-1 предназначен для дистанционного измерения направления ветра, средней, мгновенной, максимальной скоростей ветра. Датчик параметров ветра состоит из четырехлопастного винта и свободно ориентирующейся флюгарки.

Положение флюгарки и число оборотов винта с помощью электронных преобразователей представляются на выходе блока датчиков двумя сериями электрических импульсов, поступающих в измерительный пульт. Частота следования импульсов пропорциональна скорости ветра, а фазовый сдвиг между импульсами каждой серии характеризует направление ветра. Максимальная скорость ветра определяется по наибольшему за период между наблюдениями значению силы тока, отмеченному фиксстрелкой, возвращаемой в исходное положение нажатием кнопки сброса. В канале средней скорости ветра осуществляется подсчет числа импульсов, поступающих на вход схемы за 10 мин. Результат измерений считывается по шкале электромеханического счетчика.

Анеморумбометр М63М-1: Анеморумбометр М63М-1 имеет следующие диапазоны и погрешность измерений параметров ветра: - средней скорости (за 10 минут от 1 до 40 м/с с погрешностью ± (0,5 + 0,05U), м/с; - мгновенной от 1,5 до 60 м/с с погрешностью ± (1,0 + 0,05U), м/с; - максимальной от 3 до 60 м/с с погрешностью ± (1,0 + 0,07U), м/с; - направления ветра в пределах 0-360° с погрешностью ± 10°.

Модификация анеморумбометра М63М-1 с выходом на компьютер позволяет обеспечить выдачу результатов измерений характеристик ветра в виде таблиц, графиков, розы ветров, создание электронных метеоотчетов за любой промежуток времени. Программная система позволяет подключить к одному компьютеру до 8 комплектов М63М-1. Предельное удаление пульта М63М-1 от компьютера не более 1200 м.

Анеморумбометр М127МП предназначен для дистанционного измерения скорости и направления ветра, обработки и отображения полученных данных, их передачи по каналу связи. Датчик анеморумбометра М127МП создан на основе серийного датчика М63, в котором для обработки информации применен узел электроники со встроенным микропроцессором.

К одному дистанционному пульту может быть подключено два датчика ветра, удаленных на расстояние до 10 км. На индикацию выводятся средние скользящие значения скорости и направления ветра за 2 и 10 минут, а также максимальные скользящие значения характеристик ветра за тот же период. Диапазон измерения: - по скорости ветра от 1 до 60 м/с; - по направлению от 0 до 360°. Основные погрешности измерения: - мгновенной и средней скорости ветра ±(0,3+0,04 U), м/с; - максимальной скорости ±(1,0+0,05 U), м/с; - направления ветра ±6°.

Анеморумбограф М-64М предназначен для дистанционного измерения и регистрации мгновенной, максимальной и средней скоростей ветра, а также определения его направления. Преобразование параметров ветра в электрические сигналы производится так же, как и в М63М-1, однако здесь еще имеется самописец. Анеморумбограф М-64М измеряет и регистрирует параметры ветра со следующими погрешностями: - среднюю скорость (за 2 и 10 мин) в пределах 1-40 м/с с погрешностью ± (0,5 + 0,05U), м/с; - мгновенную, осредненную за 3 с, в диапазоне 1-60 м/с с погрешностью ± (0,5 + 0,05U), м/с; - максимальную (за 10 мин) в пределах 1,5-60 м/с, с погрешностью ± (0,5 + 0.07U), м/с;

- направление ветра в пределах 0-360° с погрешностью ± 10°.



2. Определение метеорологических элементов в свободной атмосфере

Цель работы: ознакомиться с методами определения метеорологических элементов в свободной атмосфере, точностью получения данных.

2.1 Шаропилотный теодолитный метод определения характеристик ветра на высотах

Общая характеристика метода: Шар-пилот представляет собой резиновую оболочку, наполненную водородом. При этом он становится легче окружающего воздуха. Пущенный в свободный полет под действием подъемной силы, шар-пилот поднимается вверх с вертикальной скоростью, которую приближенно можно считать одинаковой на всех высотах подъема, В то же время шар-пилот переносится воздушным течением (ветром) в горизонтальном направлении.

Наблюдая за перемещением шара-пилота в аэрологический теодолит АШТ и зная его вертикальную скорость ?, исходя из угловых координат б и в местоположения шара на различных высотах подъема, можно определить направление и скорость его горизонтального перемещения. Поскольку шар-пилот перемещается вместе с воздушными течениями в атмосфере, полученные значения будут выражать скорость и направление ветра на высотах.

2.2 Подготовка шара-пилота к наблюдениям

Шаропилотные оболочки рассчитаны на работу в любых метеорологических условиях, в диапазоне температур от +40 до -60°С. Они изготовляются из хлоропренового латекса, допускающего значительное растяжение (в 6-8 раз), и различаются по величине диаметра в ненаполненном состоянии.

Шаропилотные оболочки имеют условную нумерацию: № 10, №20, №30, при этом их начальные диаметры равны 10, 20, 30 см. Разрывные диаметры соответственно составляют 75, 130 и 175 см. Они наполняются водородом так, чтобы их вертикальная скорость составляла порядка 120-140 м/мин, при этом диаметр шара примерно равен 53-60 см,

Оболочки имеют различный цвет. Выбора номера и цвета производится в зависимости от облачности и метеорологических условий. Светлые шары хорошо видны на фоне голубого неба, черные - на облачном. Оболочка № 10 применяется при слабом ветре и низкой облачности, №20 употребляется при облачности среднего яруса и сильном ветре, № 30 при малооблачной погоде.

Шаропилотные оболочки наполняют техническим водородом, который доставляется на авиационные метеостанции в стальных баллонах объемом 30-40 л. Для наполнения шаров-пилотов применяется также водород, добываемый непосредственно на месте с помощью газогенератора. Баллоны хранятся в водородохранилищах, которые должны быть расположены не менее чем в 50 м от служебных помещений, иметь хорошую вентиляцию, окна должны выходить на север, входная дверь во время наполнения открыта. Внутри водородохранилища баллоны разрешается класть один на другой, но не более чем в 5 рядов, а нижние укладывают на деревянные подкладки для предохранения от перекатывания.

Измерение длины окружности шара, наполненного водородом, производится с помощью ленты, которая накладывается по большому кругу шара.

Свободная подъемная сила шара определяется подвешиванием шаропилотных развесов.



2.3 Производство шаропилотных наблюдений

Наблюдения за перемещением шара-пилота производятся при помощи специального аэрологического теодолита АШТ. Он предназначен для определения угловых координат б и в шаров-пилотов выпускаемых в свободный полет.

По окружности горизонтального лимба нанесены градусные деления. В центре лимба имеется цилиндрический выступ с отверстием, через которое проходит ось алидады. Снаружи лимб закрыт кожухом. В кожухе сделаны два окна, через которые отсчитывается горизонтальный угол.

К алидаде внизу крепится коническая ось алидады и механизма тонкой наводки по азимуту, который состоит на микрометренного винта и шестерни, одетой на цилиндрический выступ алидады.

К алидаде сверху прикреплены вертикальная колонка, имеющая в верхней части втулку, в которой находится зрительная труба.

Зрительная труба создает увеличенное изображение шара-пилота в тех случаях, когда шар находится на небольших углах и обеспечивает увеличение яркости изображения, когда оно вырождается в светящуюся точку. Зрительная труба состоит из объектива, окуляра, призмы полного внутреннего отражения, креста нитей и свободно вращается в вертикальной плоскости. В этом состоит основное отличие аэрологического теодолита от обычных (геофизических и т.д.), имеющих только горизонтальную оптическую ось слежения.

К зрительной трубе жестко прикреплен вертикальный лимб, имеющий цилиндрический выступ, который охватывается фрикционным кольцом механизма тонкой наводки по углу места.

Фрикционное кольцо прикреплено к шестерне, находящейся в зацеплении с микрометренным винтом, который крепится к кожуху. На кожухе, закрывающем механизм тонкой наводки, крепятся два индекса вертикального круга, по которым производятся отсчеты.

В теодолите имеются три оптические системы: зрительная, система визира и отсчетная. Изображение, передаваемое каждой системой на плоскость сетки, рассматривается через один общий окуляр.

Зрительная система предназначена для наблюдения за летящим шаром. На центральную часть сетки, имеющую перекрестие, передается изображение шара-пилота и одновременно на нижнюю часть - изображение с вертикального и горизонтального кругов.

Система визира служит для обнаружения и наблюдений за шаром в первые минуты после его выпуска .

Отсчетная система предназначена для снятия отсчетов с вертикального и горизонтального кругов при наблюдении за шаром-пилотом.

Для работы в ночных условиях теодолит АШТ оборудован системой электроосвещения. Источником электрического тока служат аккумулятор или другой источник напряжения 2,5 В.

Теодолит рассчитан на работу при температуре воздуха от -40 до +5О°С и влажности 98% при температуре +20 ?5°С.

Аэрологический теодолит устанавливается на открытой площадке на специальном столбе, при этом угол закрытия горизонта не должен превышать 5°.

Перед выпуском шара-пилота труба теодолита направляется в сторону, куда полетит шар. В момент выпуска включается секундомер, а через 10-15 сек наводят зрительную трубу на шар. Поймав шар в поле зрения, наблюдатель манипулирует микрометренными винтами теодолита, добиваясь того, чтобы изображение шара находилось в центре поля зрения.

В момент отсчета наблюдатель прекращает вращение винтов и записывает значения б и в.

В течение первых трех минут отсчеты производятся через 30 с, а затем через 1 мин.

При переходе шаром зенита вблизи пункта наблюдений, необходимо следить за его движением, отсчет в этот момент не снимается.

Если шар начинает входить в облако - "туманиться", это фиксируется наблюдателем, отмечается также время, когда шар скрывается.

Погрешности шаропилотного теодолитного метода сравнительно невелики, если он применяется до малых высот в равнинных условиях при умеренном ветре, но в сильно пересеченной местности его использовать нельзя.

Следует также учитывать и то, что возможности применения аэрологического теодолита при слежении за шаром-пилотом в основном ограничивается высотами до 2000 м.

2.4 Обработка шаропилотных теодолитных наблюдений

Для определения скорости и направления ветра на различных высотах необходимо построить горизонтальную проекцию пути шар-пилота. Чтобы нанести проекцию шара, нужно знать его азимут и горизонтальное удаление в определённые моменты времени. Горизонтальное удаление вычисляется по высоте шара и вертикальному углу.

2.4.1 Использование аэрологического планшета для обработки и данных

Аэрологический планшет А-30, иногда называемый "кругом Молчанова", состоит из металлического неподвижного диска, на одной стороне которого отпечатана номограмма, прозрачного целлулоидного круга, имеющего общий центр вращения с неподвижным диском, и подвижной прозрачной линейки, вращающейся вокруг центра круга.

Центр круга принимается за место расположения теодолита, на правой полуокружности неподвижного диска нанесена шкала вертикального угла а градусах, на первой и частично второй четверти нанесены кривые горизонтального удаления шара, а на остальной части диска прямоугольная сетка. Цифры на кривых означают высоты шара в сотнях метров.

С левой стороны номограммы нанесена сетка, служащая для определения скорости и направления ветра. Кривые и сетка вычерчены в масштабе, 1 деление сетки (2 мм) соответствует 60 м на местности.

По окружности вращающегося целлулоидного круга нанесены градусные деления от 0 до 360°, которые соответствуют отсчетам горизонтальных углов.

Зная координаты и высоты подъема шара, на подвижном круге строят горизонтальную проекцию пути шара-пилота.

При определении скорости и направления ветра для слоев между высотами шара в моменты отсчётов устанавливают подвижный круг так, чтобы точка проекции, соответствующая первому отсчету (слой от земли до высоты первого отсчета), находилась на вертикальном или горизонтальном диаметре. Для определения ветра в последующих слоях устанавливают подвижный круг так, чтобы линии, соединяющие две соседние точки, нанесенные на круге, были бы параллельны линиям сетки.

Направление ветра отсчитывается с точностью до 1° на подвижном круге против конца диаметра неподвижного диска, параллельного линии, соединяющей две точки. При этом отсчет направления ветра производится по тому концу диаметра, который направлен в сторону, куда движется шар.

В итоге обработки данных шаропилотных наблюдений получают средние значения ветровых характеристик в слоях, заключенных между высотами шара в моменты отсчетов угловых координат.

Нахождение ветра для других высот производится путем интерполяции между данными для середин слоев, лежащих выше и ниже данной высоты.

2.4.2 Определение термического ветра, на аэрологическом планшете

Термический ветер нызывается горизонтальным градиентом температуры в слое воздуха. Это векторное приращение геострофического ветра при переходе от одного уровня до другого, вышележащего.

В практике часто возникает необходимость определения термического ветра в различных слоях. Исходными данными служат результаты аэрологических наблюдений над действительным ветром. При этом, начиная с высот 1000 м, можно вместо геострофического ветра брать действительный. Тогда определение термического ветра сводится к простому графическому построению.

2.5 Определение эквивалентного ветра

При планировании и выполнении полетов на воздушных трассах, при навигационных расчетах вместо, действительного ветра более удобно использовать эквивалентный ветер Uэкв, под которым понимается расчётный ветер, направленный вдоль маршрута и оказывающий на величину путевой скорости самолета такое же влияние, как и реальный ветер на маршруте.

2.6 Использование метода радиозондирования для определения метеорологических элементов на высотах

ветер метеорологический флюгарка шаропилотный

Радиозондирование является одним их основных методов в комплексе аэрологических наблюдений. Радиозонд предназначен для вертикальногозондирования атмосферы с целью получения температуры, относительной влажности, скорости и направления ветра, а также атмосферного давления от земной поверхности до высот 25-30 км. Наряду с этим использование данных радиозондирования позволяет оценить высоты нижней и верхней границ облаков, высоту тропопаузы.

Метод радиозондирования состоит в том, что к выпущенному в свободный полет шару, наполненному водородом, подвешивается радиозонд. При этом шар-зонд, в отличие от шара-пилота, может иметь длину окружности в наполненном состоянии до 600 см. Приемники метеорологических элементов управляют в радиозонде сигналами легкого коротковолнового передатчика. При подъеме радиозонд автоматически посылает кодированные радиосигналы, соответствующие показаниям датчиков.

На земле сигналы принимаются радиотеодолитными и радиометеорологическими станциями, которые устанавливаются в местах выпуска радиозондов. Радиосигналы расшифровываются и получают значения метеорологических элементов на различных высотах во время подъема радиозонда.

В настоящее время на аэрологической сети РФ применяются две системы радиозондирования: радиозонд-22 с радиотеодолитной станцией слежения "Малахит" и радиозонд типа АЗ в комплесе с радиолокационной метеорологической станцией "Метеорит". Вторая система имеет большую точность в оценке информации высотах зондирования и информации о температуре, влажности на высотах более 20 км.

Система зондирования "Метеорит" - радиозонд РКЗ постоянно модернизуется, обеспечивая проведение наблюдений по дальности до 250 км и более, т.е. до высоты разрыва оболочек. Кроме этого данная система позволяет произвести радио ветровые наблюдения по дальности 100 км с помощью пассивных мишеней - угловых отражателей.

В системе "Метеорит-2" - РКЗ сопровождение, приём, регистрация и обработка сигналов радиозонда производится автоматически.

В настоящее время имеется несколько сотен станций радиозондирования. Выпуски радиозондов осуществляются четыре раза в сутки, на основании их данных производится построение карт абсолютной и относительной барической топографии.

Радиозонд типа РКЗ. Радиозонды РКЗ-1, РКЗ-2 имеют пределы измерений по температуре от -80 до +50°С, относительной влажности от 15 до 100% давлению от 1060 до 5 мбар. При этом погрешности измерения температуры ±1°С по РКЗ-1(±0,7°С для РКЗ-2), влажности 10% по РКЗ-1 (7% по РКЗ-2), давлении 2,6 гПа.

Дальность действия радиозондов типа РКЗ 150-200 км, что соответствует 1,5-2 часам работы. Максимальная скорость подъема при полетном весе радиозонд. 1,6 кг составляет до 400 м/мин.

Радиозонд типа РКЗ состоит из датчика влажности (животная органическая плёнка), датчика температуры (терморезистор на кронштейне), радиоблока с передатчиком, находящегося в футляре, датчика опорной частоты (специального высокостабильного сопротивления), баропереключателя, источника питания и кожуха радиозонда.

Радиоблок смонтирован на плате из гетинакса, на которой размещены измерительный генератор, модулятор и передатчик радиозонда с антенной системой. На плате радиоблока имеются гнезда для подключения к нему терморезистора, датчика влажности, баропереключателя и комплекта питания.

Частота импульсов напряжения, вырабатываемых измерительным генератором радиоблока, зависит от изменения величин напряжения источников питания, температуры его деталей и ряда других дестабилизирующих факторов. Поэтому в схему измерительного генератора периодически включается датчик опорной (эталонной) частоты, сопротивление которого не зависит от температуры воздуха. Все радиозонды настраиваются так, что опорная частота находится в пределах 2070 - 2110 Гц.

В целях уменьшения температурных радиопомех, возникающих при работе радиоблока на точность оценки метеорологических элементов, определение метеопараметров производится по отношению к опорной частоте.

Баропереключатель собран на каркасе из дюралюминия. Стрелка баропереключателя перемещается по контактной шкале блоком из двух мембранных коробок. Особенность этих коробок состоит в том, что при уменьшении атмосферного давления их чувствительность возрастает во много раз.

Назначение баропереключателя состоит в том, что датчики метеоэлементов и опорной частоты поочередно подключаются к измерительному генератору радиоблока, вырабатывающего соответствующие радиоимпульсы. Эти подключения производятся через определенные интервалы высоты при движении контактной стрелки по шкале баропереключателя в процессе подъема радиозонда.

Вслед за этим передатчик излучает в пространство импульсно-моделированные колебания СВЧ с частотой, зависящей от датчиков метеоэлементов или опорного сопротивления.

В радиозондах РКЗ принят число-импульсный метод шифровки сигналов о метеоэлементах, состоящий в том, что их значения передаются посредством кода, в котором число, продолжительность и последовательность импульсов соответствуют определенным изменениям метеорологических элементов.

Терморезистор датчика температуры изменяет свое сопротивление в обратно пропорциональной зависимости от температуры. Термосопротивление подключается к сеточной цепи измерительного генератора, вырабатывающего импульсы напряжений отрицательной полярности. Частота этих импульсов определяется величиной сопротивления, подключаемого к сеточной цепи генератора, т.е. частота импульсов является условной мерой величины температуры.

Аналогичным образом происходит и преобразование влажности в частоту импульсов, пропорциональную изменению мембраны пленки, центр которой системой рычагов соединяется с подвижной стрелкой реостата и измерительным генератором.

Таким образом, измерительный генератор управляет работой передатчика СВЧ радиозонда, работающего в диапазонах станций наземного слежения.

Импульсы напряжения, поступающие от измерительного генератора на сетку лампы передатчика СВЧ, срывают на короткие промежутки времени (50 - 300 мск) инерцию передатчика, образуя паузы в излучении. По частоте пауз в излучении, регистрируемых станций слежения, можно судить о значении метеоэлементов.

Передатчик СВЧ, кроме измерительного генератора радиозонда, также управляется специальным модулятором-генератором синусоидальных колебаний 808 кГц,

Модулятор обеспечивает сверхгенеративный режим работы передатчика. При модулировании передатчик излучает прерывистые колебания с частотой повторения 808 кГц, в этом режиме он выполняет функции не только передатчика сведений о величинах метеоэлементов, но и радиолокационного ответчика, регистрирующего на импульсные сигналы запроса, посылаемые станцией слежения.

Радиозонд типа А-22. Радиозонды типа А-22 имеют пределы измерений по температуре от -75 до +40°С, относительной влажности от 15 до 100%, давлению от 1050 до 5 мбар. Основные погрешности изменения температуры 10°С, влажности (при температуре 25-10°С) составляют 5%, давления 4 гПа.

Действие радиозондов типа А-22, основано на преобразовании положения стрелок, связанных с чувствительными элементами датчиков, в кодовые значения метеопараметров с помощью специального барабана, который при вращении периодически соприкасается с ними своей контактной поверхностью. При этом положение каждой стрелки на кодовом барабане однозначно соответствует определенному значению, а в результате замыканий манипуляционной цепи радиопередатчиком посылаются сигналы в виде азбуки Морзе.

Механизм радиозонда состоит из автономных узлов температуры, влажности, давления, кодового барабана и микродвигателя, закрепленного на легкой раме.

Узел давления состоит из блока мембранных коробок, изготовленных из фосфористой бронзы и передаточного механизма с температурным компенсатором.

Чувствительным элементом температуры является биметаллическая спираль, на середине которой закреплена контактная стрелка. Спираль защищена от воздействий солнечных лучей тонкой зачерненной внутри металлической шахтой и картонным кожухом радиозонда.

Датчиком влажности служит мембрана из животной пленки, закрепленная на металлическом кольце, к центру мембраны прикреплен жесткий центр, связанный с рычагом и стрелкой гибкой тягой.

Кодовая пластина представляет собой тонкий металлический полуцилиндр фасонного профиля с рифленой поверхностью, на которую нанесена кодовая маска. Острие стрелки датчика, перемещаясь по дорожке барабана производит замыкание электрической цепи, создавая сигналы, состоящие из двух букв азбуки Морзе .

Микродвигатель служит для приведения но вращение кодового барабана, при этом скорость вращения от 3500 до 4000 об/мин.

Радиотеодолитные станции "Малахит". Радиотеодолиты применяются для наблюдения за шарами-пилотами и радиозондами особенно типа А-22. По устройству - это ультракоротковолновый радиопеленгатор, измеряющий азимут и угол места пеленгуемой цели.

Принцип действия радиотеодолита заключается в следующем: Малогабаритный передатчик подвешивается к шару-пилоту или шару-зонду. При его подъеме сигналы передатчика, работающего в импульсном режиме, фиксируются приемным устройством радиотеодолита. Изменения частоты следования импульсов, необходимые для передачи сигналов радиозонда о метеорологических элементах, осуществляются манипулятором радиозонда. Одновременно с этим производится определение угловых координат пеленгуемой цели,

С помощью радиотеодолита можно определить погрешность угловых координат летящей цели. В диапазоне от 16 до 75° по вертикальному углу и от 0 до 360° по азимуту она составляет не более 1,75°. При этом погрешность определения скорости ветра составляет 10 км/ч, направления 10°,

2.6.1 Радиолокационные метеорологические станции "Метеор" и "Метеорит"

Радиолокационные метеорологические станции (РМС) "Метеор" и "Метеорит" работают в комплексе с радиозондами типа РКЗ.

РМС ведут прием сигналов радиозонда. Обработка сигналов сводится к расшифровке зарегистрированных радиосигналов, т.е. к преобразованию их собственно в значения метеорологических элементов и установлению распределения по высоте.

Излучение радиозонда используется для сопровождения его РМС по угловым координатам.

При облучении радиозонда зондирующим импульсом РМС происходит некоторое увеличение амплитуды сигналов, а затем прекращение его на одну микросекунду. Наклонная дальность до летящей цели определяется по времени запаздывания ответного сигнала радиозонда относительно зондирующего импульса РМС.

Станции регистрируют угловые координаты и наклонную дальность, по которым затем определяются скорость и направление ветра на высотах.

Атмосферное давление на различных высотах подъема радиозонда вычисляется по барометрической формуле Лапласа с использованием значений наклонной дальности, температуры воздуха, измеренной на высотах и данных наземного давления и температуры.

Станции "Метеор" и "Метеорит" (стационарный вариант) различаются только конструктивно, технические данные их аналогичны.

РМС включает в себя следующие основные системы: передающую антенно-фидерную, приемную, измерения дальности; счета импульсов метеоданных; передачи и регистрации данных; управления антенной; питания станции.

Передавая система предназначена для получения мощных кратковременных импульсов электромагнитных колебаний СВЧ, вырабатываемых магнетронным генератором, длительностью 0,85 мск, частотой 1770-1795 мГц и частотой повторения 8ЗЗ Гц.

Антенно-фидерная система предназначена для передачи электромагнитной энергии к облучателю антенны, а также передает в приемную систему принятую энергию сигналов радиозонда.

Диаметр отражателя антенны составляет 1830 мм, фокусное расстояние 549 мм. Антенна имеет поворотные соединения, обеспечивающие возможность передачи энергии при ее вращении по азимуту и углу места.

Приемная система преобразует принятые сигналы и усиливает их до величины, необходимой для нормальной работы систем дальности, управления антенной и счета импульсов.

Система измерения дальности служит для синхронизации передатчика, наблюдения и выбора цели по индикатору дальности ручного и автоматического сопровождения цели по дальности, измерения дальности и передачи данных в систему регистрации, формирования импульсов, управляющих работой приемной системы и формирования импульсов синхронизации системы счета.

В станции предусмотрено три режима работы системы управления антенной,

- автоматического секторного обзора для поиска цели в назначенном секторе;

- ручного управления для поиска и слежения за целью перед переходом на автоматическое сопровождение;

- автоматического сопровождения для определения угловых координат цели.

Система счета определяет частоты следования импульсов, поступающих от радиозонда, производит синхронизацию системы передачи и регистрации данных, которая передает значения текущих угловых координат и наклонной дальности цели в автоматическое регистрирующее устройство, и осуществляет запись времени, координат и частот метеоданных на специальной бумажной ленте.

При обработке лент регистрации снимаются значения частот метеоэлементов для различных высот и определяется их отношения к опорной частоте fоп

Затем по специальным градуировочным графикам по вычисленным коэффициентам y находятся значения метеорологических элементов (температуры и влажности) для различных высот подъема радиозонда.

Значения ветровых характеристик определяется при обработке данных радиолокационных наблюдений (угловые координаты и высоты радиозонда) на аэрологическом планшете А-30Д.

2.6.2 Радиолокационная метеорологическая станция "Метеорит-2".

РМС "Метеорит-2" является модернизацией станции "Метеорит".

Она имеет более высокую дальность сопровождения радиозонда, большую чувствительность, которая достигается включением на входе приемной системы электронного усилителя с малым уровнем собственных шумов и увеличением диаметра зеркала антенны.

Антенная система закрывается радиопрозрачным укрытием, которое представляет собой сферическую оболочку диаметром 4,6 м.

Помимо основного магнетронного передатчика станция имеет маломощный передатчик о отдельной антенной, позволяющей начинать сопровождение радиозонда по дальности с 75-300 м. Станция снабжена дистанционным пультом управления антенной, который используется для сопровождения цели в первые минуты наблюдения при больших угловых скоростях радиозонда, превышающих скорость движения антенны.

В РМС "Метеорит-2" предусмотрена возможность цифровой регистрации данных радиозонда (координаты и частотные характеристики метеорологических элементов) в виде, удобном для ввода в ЭВМ, и передачи по каналам связи, а также их автоматической обработки с целью получения именно значений метеорологических параметров на высотах.

Размещено на Allbest.ru

...