книги из ГПНТБ / Савкин Л.С. Метеорология и стрельба артиллерии

Для измерения наземного давления атмосферы слу­ жат б а р о м е т р ы («барос» — тяжесть, «метрео» — мерю), принцип действия которых основан на урав­ новешивании давления атмосферы либо весом ртутного

рос» — тяжесть, «графо» — пишу. Они действуют на та­ ком же принципе, что и барометры-анероиды, но одно­ временно непрерывно записывают на ленте в виде сплош­ ной линии изменение давления во времени. Приемником

Рис. 32. Принцип действия барометра-анероида:

/ — анерондная коробка; 2 — пружина

давления у этих приборов являются одна или несколько свинченных друг с другом в виде столбика анероидных коробок, расположенных горизонтально или вертикально. Анероидная коробка — это своего рода цилиндр из ме­ талла, крышки которого гофрированы и легко вследст­ вие этого прогибаются. Внутри коробок создается пони­ женное давление. Если в анероидных коробках создается сильное разрежение, то в целях предохранения их от сплющивания давлением атмосферы стенки коробок рас­ тянуты упругой пластинчатой пружиной снаружи (в ба­ рометрах-анероидах) или изнутри (в барографах). Прин­ цип действия приборов показан на рис. 32.

сти давлений на ее стенки снаружи и изнутри. Пружи­ на 2, скрепленная с коробкой, наоборот, стремится про­

102

тиводействовать этому сжатию. Действие сил сжатия и растяжения изображено на рис. 32 стрелками. С увели­ чением (уменьшением) давления воздуха на стенки ко­ робки она сжимается (разжимается) и тянет за собой скрепленную с ней пружину. Деформация коробки через пружину передается на стрелку прибора, отклонения ко­ торой соответствуют изменению давления воздуха. Стрел­ ка перемещается вдоль шкалы, размеченной в единицах давления атмосферы.

Для измерения давления не имеет значения место, где производится это измерение. Можно снимать пока­ зания барометра как в помещении, так и на воздухе: на одинаковом горизонтальном уровне давление будет одинаково. Следует только иметь в виду, чтобы в месте установки приборов не было существенных изменений температуры воздуха и на приборы не попадали солнеч­ ные лучи (давление и температура зависят друг от дру­ га). При резких изменениях температуры воздуха, окру­ жающего прибор, механизм прибора не может быстро выровнять свою температуру до температуры воздуха. Поскольку упругость барокоробки зависит от темпера­ туры воздуха, то результаты измерения давления ока­ жутся неверными. Именно исходя из этого положения футляры приборов всегда закрываются. В открытом по­ ложении они находятся только во время наблюдений. Исключение составляет барометр-анероид, который по­ стоянно находится в рабочем положении (горизонталь­ ное положение — шкалой вверх) и перед измерением давления не требует никакой подготовки. Шкалы баро­ метров-анероидов бывают одинарные, выраженные в миллиметрах ртутного столба, или двойные — в милли­ метрах ртутного столба и миллибарах. Деления шкалы оцифрованы через 10 мм (мб).

Правила работы с прибором следующие. Открывает­ ся крышка футляра, снимается показание термометра при барометре (с точностью до 1°С). Прежде чем счи­ тать показание давления, следует постучать пальцем по стеклу прибора: вследствие трения на осях механизмов, передающих величину прогиба анероидной коробки, стрелка может оказаться в положении, не соответствую­ щем истинному давлению. Показания стрелки отсчиты­ вают с точностью 0,1 мм (мб). Важным условием пра­ вильного снятия отсчета является необходимость смот­

103

реть на шкалу вдоль стрелки под прямым углом к циферблату. Проще эта процедура производится у барометров, имеющих зеркальную полоску вдоль шкалы; в этом случае при снятии отсчета нужно добиться лишь совмещения конца стрелки с его отражением в зеркале циферблата.

Для определения истинного давления атмосферы в показания барометра вводят три поправки из повероч­

вследствие неполной компенсации специальным устрой­ ством барометра (температурным компенсатором) влия­ ния температуры. Показания приборов при проверке анероидов определяются для температуры 0°С, поэтому показания прибора при любой другой температуре дол­ жны быть приведены к ^ = 0°C. Погрешности изготовле­ ния барометра (в основном несовпадение оси стрелки с центром циферблата) приводят к необходимости вве­ дения шкаловой поправки. Изменение упругих свойств металла анероидной коробки и пружины со временем, а также возможные толчки и соударения прибора в про­ цессе эксплуатации приводят к необходимости введения еще одной, так называемой добавочной поправки, зави­ сящей от времени. Значения поправок записываются в поверочном свидетельстве.

Шкаловые поправки даются в поверочном свидетель­ стве для всего диапазона измеряемых давлений через 10 мм рт. ст. относительно давления 760 мм. Шкаловая поправка для этого давления условно принимается равной нулю, ибо она включается в добавочную поправку.

Вследствие существенного изменения шкаловой по­ правки со временем барометры-анероиды необходимо периодически (через один или два года в зависимости

характера изменения давления атмосферы во времени, в артиллерийских метеорологических подразделениях пользуются барографом (рис. 29,5). Барическая тенден­ ция определяется за промежуток времени в 3 ч и позво­ ляет составить представление о предстоящем в ближай­ шие часы изменении погоды, т. е. составить прогноз погоды (наблюдающееся резкое уменьшение давления—:

104

«барометр падает» — предшествует дождливой ветреной погоде, наоборот, за повышением давления следует ясная безветренная погода). В барографе изменение давления,, передаваемое от анероидиой коробки на стрелку, закан­ чивающуюся пером, фиксируется на специальной диа­ граммной ленте. Диаграммная лента разделена сверху вниз горизонтальными параллельными линиями с ценой деления 1 мб и разбита дуговыми линиями на интерва­ лы, соответствующие 2 ч. Размещается лента на спе­ циальном барабане и вращается вместе с ним в истин­ ном масштабе времени, для чего используется специаль­ ный часовой механизм, помещаемый внутри барабана и

непрерывная кривая линия, характеризующая изменение давления во времени.

Порядок определения барической тенденции сводит­ ся к следующему. В момент наблюдения с ленты сни­ маются два отсчета давления: первый, соответствую­ щий положению пера на ленте в данный момент, и в т о ­ рой, соответствующий положению пера тремя часами раньше. Величина барической тенденции представляет собой разность этих двух отсчетов, причем знак разности должен быть «плюс», если первый отсчет больше вто­ рого (давление растет), и «минус» — в противном случае.

2. ИЗМЕРЕНИЯ В СЛОЯХ АТМОСФЕРЫ

Для обеспечения высокой точности стрельбы метео­ рологические подразделения кроме измерений назем­ ных значений метеоэлементов производят также в е т р о ­ вое и т е м п е р а т у р н о е зондирование атмосферы. По результатам наземных наблюдений и зондирования составляется бюллетень «метеосредний».

Ветровое зондирование заключается в измерении ско­ рости и направления ветра в свободной атмосфере. Ос­ новным методом определения ветра является ш а р о пи­ лотный , сущность которого заключается в том, что за перемещением шара-пилота (резиновой оболочки, напол­ ненной водородом) или радиопилота (т. е. шара-пилота с мишемыо), начиная с момента его выпуска, ведут не­ прерывное наблюдение, используя для этого специаль­ ные средства.

105

Через определенные промежутки времени с помощью этих средств определяют координаты шара в простран­ стве. По ним вычисляют горизонтальные проекции пути шара-пилота, высоты его и, наконец, скорости и направ­ ления ветра в атмосфере.

Движение в вертикальном направлении шар-пилот совершает под действием подъемной силы, равной раз­ ности полной подъемной силы (силы Архимеда) и веса шара. Полная подъемная сила равна весу вытесненного шаром воздуха, а вес шара равен весу оболочки и водо­ рода, находящегося внутри этой оболочки. Тонкая, легко растягивающаяся резиновая оболочка шара-пилота, на­ полненная водородом, имеет небольшой вес.

Если к шару-пилоту подвесить груз (уголковый отра­ жатель, радиозонд), то необходимо увеличить подъем­ ную силу. В зависимости от веса груза используются оболочки различных размеров. О размере шаропилотной оболочки судят по номеру, который характеризует ее диаметр (в сантиметрах) при наполнении водородом до момента, когда оболочка принимает форму шара, но еще

После выпуска шар-пилот начинает подниматься с некоторым ускорением. Однако с началом движения ша­ ра вверх возникает сила сопротивления воздуха, которая быстро возрастает и через несколько секунд становится

106

равной подъемной силе. С этого момента движение шара вверх происходит при установившейся вертикальной ско­ рости. Поскольку сопротивление воздуха с высотой уменьшается, то вертикальная скорость шара-пилота воз­ растает; увеличение скорости для высоты 12 км состав­ ляет около 25%.

Движение в горизонтальной плоскости шар-пилот со­ вершает под действием силы ветра. Выпущенный в сво­ бодный полет шар-пилот увлекается потоком воздуха в горизонтальном направлении. По мере увеличения ско-

I

роста горизонтального движения шара давление потока воздуха на его боковую поверхность уменьшается и пол­ ностью исчезает, когда скорость шара становится равной скорости движения воздуха. Будучи мало инерционным, шар-пилот быстро воспринимает движение воздуха и пе­ ремещается в потоке воздуха как частица воздуха со скоростью и в направлении потока, т. е. ветра.

Участвуя одновременно в двух движениях — в верти­ кальном (под действием подъемной силы) и горизонталь­ ном (под действием ветра), шар-пилот перемещается в атмосфере по сложной извилистой траектории (рис. 33).

Точкой Ш на рис. 33 отмечено положение шара в про­ странстве по прошествии некоторого промежутка време­

107

точки образуют прямоугольный треугольник ОШР, в ко­ тором линия ОШ представляет собой наклонную даль­

от направления на север до линии ОР, отсчитанный по ходу часовой стрелки, представляет собой горизонталь­ ный угол на шар а, а угол между линиями ОР и ОШ, отсчитанный от горизонта, — вертикальный угол на шар е (угол места шара).

Из рис. 33 видно, что в каждый момент положение шара в пространстве может быть определено, если из­ вестны следующие его координаты:

—горизонтальный угол на шар а (от севера или лю­ бого другого направления, дирекционный угол которого известен);

—вертикальный угол е;

—высота шара Y.

Этих координат, определенных через некоторые про­ межутки времени, вполне достаточно, чтобы вычислить скорость и направление ветра в атмосфере.

Ветровое зондирование может осуществляться с по­

п о м о щ ь ю р а д и о т е х н и ч е с к и х с р е д с т в суще­ ствует специальная радиотехническая система ветрового зондирования РВЗ, которая способна определять ско­ рость и направление ветра в пределах нижнего слоя ат­ мосферы (до 1500 ж).

Сущность радиотехнического метода ветрового зонди­ рования состоит в том, что в атмосферу выпускается на­ полненный водородом шар, к которому крепится предмет (мишень), отражающий радиоволны. В качестве мишени используются либо пучок металлизированной бумаги или фольги, либо специальные металлические уголковые отражатели. Радиолокационная станция посылает сиг­ налы в направлении мишени, которые, отразившись от нее, воспринимаются приемным устройством станции. После соответствующей обработки определяются ско­ рость и направление ветра.

108

В комплект РВЗ входят: радиолокационная станций, счетно-решающий прибор (СРП), контрольно-измери­ тельная аппаратура, агрегат питания, баллоны для во­ дорода, принадлежность для наполнения шаропилотных оболочек водородом, буссоль, телефонный аппарат, за­ пасные части и принадлежности.

Система РВЗ позволяет вычислять слагающие средне­ го ветра с помощью счетно-решающего прибора, в кото­ ром обрабатываются текущие сферические координаты движения мишени (рис. 33): наклонная дальность Д в, дирекционный угол а, угол места е.

Процесс работы РВЗ заключается в следующем. Ан­ тенна мощными импульсами излучает узкий пучок элек­ тромагнитной энергии. Часть энергии, отражаясь от ми­ шени, возвращается к станции и воспринимается антен­ ной. После усиления в ■приемнике принятый сигнал попадает на индикаторное устройство. Индикаторы даль­ ности измеряют время между моментом излучения

го с и г н а л а / . Учитывая, что сигнал распространяется со скоростью света и за время t проходит расстояние от станции до мишени и обратно, можно рассчитать даль­ ность Д п до радиопилота по формуле

где с~300 000 км/сек — скорость света.

Приведенная зависимость показывает, что дальность прямо пропорциональна времени запаздывания, поэто­ му шкалы индикатора дальности легко отградуировать непосредственно в единицах расстояния, что всегда и де­ лается.

Дирекционный угол и угол места определяются по шкалам, связанным с перемещениями ^антенны.

В е т р о в о е з о н д и р о в а н и е с п о м о щ ь ю оп­ т и ч е с к и х с р е д с т в заключается в наблюдении за шарами-пилотами с помощью теодолитов. Наблюдения могут производиться с одного или двух пунктов. В по­

109

При всех способах наблюдений за перемещением ша­ ра в атмосфере задача заключается в определении че­ рез короткие промежутки времени координат положения шара в пространстве. При фиксации шара в какой-либо точке пространства определяют:

—время t с момента выпуска шара;

—дирекционный угол а;

—угол места шара е;

—высоту шара У над горизонтом прибора.

Первые три фактора (t, а, е) при любом из перечис­ ленных выше способов наблюдений определяются прин­ ципиально одинаковыми приемами. Время t определяет­ ся по секундомеру, включенному в момент выпуска шарапилота. Угловые координаты шара а и s определяются путем считывания в определенные моменты времени го­ ризонтальных и вертикальных углов по шкалам ориен­ тированных и наведенных на шар приборов, с помощью которых ведутся наблюдения за движением шара в ат­ мосфере.

Различными приемами может определяться только третья координата шара — его высота Y. Причем высота шара при всех способах наблюдений непосредственно не измеряется, а вычисляется (за исключением радиолока­ ционных наблюдений, когда радиолокатор имеет преоб­ разователь координат).

При о д н о п у н к т и ы х шаропилотных наблюдениях непосредственно измеряются t, а и е, а высота шара У вычисляется по его расчетной вертикальной скорости по формуле

Y = Ut,

где U — расчетная вертикальная скорость шара, м/мин; t — время, прошедшее с момента выпуска шара,

мин.

При б а з и с н ы х шаропилотных наблюдениях за движением шара пользуются двумя теодолитами, уста­ новленными на некотором расстоянии друг от друга (это расстояние называется шаропилотной базой) и ориенти­ рованными вдоль базы. Непосредственными измерения­

рого теодолита Т2).

110

дирекционный угол шаропилотной базы; Д Т{, Д с2 — го­ ризонтальные удаления шара-пилота над первым и вто­ рым теодолитами; Y\, Y2— высота шара-пилота над пер­ вым и вторым теодолитами.

Рис. 34. Схема базисных шаропилотных наблюдений

Высота шара в момент времени t вычисляется три­ гонометрическим методом, причем сначала вычисляются горизонтальные удаления шара, а затем и высота шара.

Высота ветрового зондирования определяется види­ мостью шара в оптические средства (теодолиты). Эта высота зависит от ряда факторов: размера оболочки, состояния атмосферы, высоты облаков, скорости ветра, времени суток. В дневное время при ясной погоде види­ мость обеспечивается до_высоты 8-—10 км, а ночью (с фо­ нариком) до 2—3 км.

При базисных шаропилотных наблюдениях шар-пи­ лот выпускают с первого теодолитного пункта. Перед выпуском производится проверка установки и ориенти­ рования теодолитов. После выпуска шара-пилота через фиксированные промежутки времени (через 0,5; 1; 1,5; 2,0; 2,5; 3 мин после выпуска, далее через каждую ми­ нуту до 10-й мин, затем через 2 мин до 40-й мин и далее через каждые 4 мин) производятся отсчеты по обоим тео­

111