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        某船航行狀態(tài)螺旋式測風(fēng)傳感器風(fēng)速誤差分析

        2015-03-19 13:27:30姬延軍海軍駐青島造船廠軍事代表室山東省海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所山東青島26600
        機(jī)械管理開發(fā) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:左舷航行區(qū)間

        姬延軍, 王 平(.海軍駐青島造船廠軍事代表室;2.山東省海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3.山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所,山東 青島 26600)

        引言

        風(fēng)速風(fēng)向測量對船舶航行、系泊、防臺(tái)、救援等有重要的作用,其提供的風(fēng)速信息更是船舶安全航行的主要參數(shù)之一。某船上裝有兩臺(tái)螺旋槳式測風(fēng)傳感器,但是由于安裝位置的局限性,易被其他設(shè)備遮擋,從而影響其測量精度。為了解誤差情況,特在船上空間開闊處安裝一超聲波傳感器,默認(rèn)為無干擾影響,作為此次試驗(yàn)的基準(zhǔn)傳感器。本文對航行狀態(tài)下風(fēng)速測量的誤差進(jìn)行了分析[1-3]。

        1 儀器安裝情況

        螺旋槳式測風(fēng)傳感器分別安裝于艦船兩側(cè)桅桿上。在艏05甲板的開闊區(qū)域焊接一基座,基座上安裝一根長約9m的支撐桿,支撐桿周圍由鋼索牽引固定,超聲波測風(fēng)傳感器安裝于該支撐桿上(如圖1所示)。

        2 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

        螺旋槳式測風(fēng)傳感器啟動(dòng)風(fēng)速為1.0m/s,剔除基準(zhǔn)傳感器風(fēng)速在1.6m/s以下的樣本,保留樣本量19.4萬條。

        船舶在正常航行過程中,測風(fēng)傳感器測得的相對風(fēng)多是正面來風(fēng),而船尾來風(fēng)較少。航行樣本按風(fēng)向角度劃分的分布圖呈兩頭多中間少的態(tài)勢(如圖2所示)。

        圖1 測風(fēng)傳感器布置情況示意圖

        圖2 航行樣本按角度分布

        3 數(shù)據(jù)分析

        按照風(fēng)速等級(jí)劃分,得到2~9級(jí)風(fēng)速相對誤差曲線圖,列舉部分(如下頁圖3、4、5所示)。

        由圖3、圖4、圖5得知,圖中某一個(gè)角度上同時(shí)為0時(shí),表示該角度上樣本數(shù)量為零,沒有意義;而只有氣象儀輸出值一項(xiàng)為零時(shí),表示樣本數(shù)量不為零,此時(shí)風(fēng)速相對誤差為零,是由于數(shù)據(jù)有效位為小數(shù)點(diǎn)后兩位,取舍時(shí)恰好為零,例如解算得相對誤差為0.001 45時(shí),取舍時(shí)為零。

        圖3 航行階段2級(jí)風(fēng)速相對誤差

        圖4 航行階段5級(jí)風(fēng)速相對誤差

        圖5 航行階段9級(jí)風(fēng)速相對誤差

        左舷風(fēng)速在[0°,45°]角度區(qū)間、[315°,355°]角度區(qū)間相對誤差低于20%,說明這兩個(gè)區(qū)間基本不受遮擋影響,此時(shí)測量誤差是由于螺旋槳式傳感器和超聲傳感器的機(jī)械誤差和安裝高度差引起的[4]。在[50°,160°]角度區(qū)間,風(fēng)速相對誤差急劇增大,從圖1測風(fēng)傳感器安裝位置示意圖可以看出,在這一角度區(qū)間,左舷風(fēng)傳感器先是受中間導(dǎo)航雷達(dá)的影響,后受中間球形雷達(dá)的遮擋。在[165°,195°]角度區(qū)間,主要是倒車或轉(zhuǎn)向時(shí)采集的數(shù)據(jù)。在[200°,310°]角度區(qū)間,左舷風(fēng)傳感器風(fēng)速相對誤差先是不大,后來變大到0.4~0.5,然后又減少,從圖1測風(fēng)傳感器安裝位置示意圖可以看出,左舷風(fēng)傳感器外側(cè)的燈和天線對這一區(qū)間的中間區(qū)域的風(fēng)速有影響。2級(jí)風(fēng)速以下,在[60°,180°]區(qū)間受影響較大,超過40%以上;隨著風(fēng)速的增大,誤差曲線呈雙峰的形態(tài),在以100°為中心的區(qū)間主要受球形雷達(dá)和導(dǎo)航雷達(dá)1的干擾,在以280°為中心的區(qū)域主要是受航行燈和天線的影響。

        右舷風(fēng)速在[0°,30°]角度區(qū)間、[300°,355°]角度區(qū)間相對誤差在20%左右,這說明兩個(gè)區(qū)間不存在擋風(fēng)情況,測量誤差是由于螺旋槳式傳感器和超聲傳感器的機(jī)械誤差和安裝高度差引起的。在[35°,165°]角度區(qū)間,右舷風(fēng)速相對誤差先是逐漸加大,后維持在高位,然后有所減少,從圖1測風(fēng)傳感器安裝位置示意圖可以看出,右舷風(fēng)傳感器先會(huì)受外側(cè)的燈和未知名設(shè)備1對這一區(qū)間影響,然后受后面的導(dǎo)航雷達(dá)影響。在[200°,295°]角度區(qū)間,右舷風(fēng)速先是急劇加大,后維持在高位,然后減少,從圖1測風(fēng)傳感器安裝位置示意圖可以看出,在這一角度區(qū)間,左舷風(fēng)傳感器先是受中間球形雷達(dá)的遮擋,后受中間導(dǎo)航雷達(dá)的影響。右舷風(fēng)速誤差曲線呈三峰狀態(tài),在以60°為中心的區(qū)域主要受外側(cè)航行燈和未知名設(shè)備1的影響;在以150°為中心的區(qū)域主要受導(dǎo)航雷達(dá)2的轉(zhuǎn)動(dòng)干擾;在以260°為中心的大區(qū)域主要受球形雷達(dá)的遮擋影響。

        4 結(jié)語

        風(fēng)速誤差在[0°,50°]、[165°,195°]、[300°,355°]角度區(qū)間風(fēng)速相對誤差低于20%;在150°附近風(fēng)速誤差最大,超過40%以上,在這一區(qū)域,左舷受球形雷達(dá)的遮擋,右舷受導(dǎo)航雷達(dá)2的干擾。

        [1] 閻啟,謝強(qiáng),李杰.風(fēng)場長期觀測與數(shù)據(jù)分析[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,26(1):37-42.

        [2] 鄧昌建,張江林,王保強(qiáng).超聲波測風(fēng)儀設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題的探討[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào),2007,22(5):581-583.

        [3] 林志遠(yuǎn).風(fēng)能資源及測風(fēng)數(shù)據(jù)整理技巧[J].廣東電力,2003,16(5):69-72.

        [4] 陳永利,趙永平,張必成,等.海上不同高度風(fēng)速換算關(guān)系的研究成果[J].海洋科學(xué),1989,63(3):27-31.

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