ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЕФОРМАЦИЙ КОРПУСА КОРАБЛЯ

Заявляемая полезная модель относится к средствам измерения положения или смещения и может быть использована в частности при управлении морскими и речными кораблями и судами с целью обеспечения безопасности плавания и не допущения поперечного разлома корпуса корабля на волнении или при приеме больших грузов.
Известны устройства для непрерывного мониторинга динамических нагрузок, в том числе напряжений и деформаций судовых корпусов (см. патент США №5942750, МПК H01J 5/16, НКИ 250/227.14, 356/32, 340/555, патент США №6701260, МПК G01L 1/00, НКИ 702/43, 702,42, 73,863.636).
В указанных устройствах используются волоконно-оптические датчики, размещенные в различных точках судовой конструкции для измерения локальных деформаций и напряжений в металле корпуса судна.
Волоконно-оптические датчики регистрируют растяжение-сжатие в локальных областях их установки и не дают достаточной информации для оценки состояния корпуса, характеризуемого величинами стрел прогиба/перегиба корпуса в вертикальной плоскости, например, под воздействием волновых нагрузок.
Известна система для определения относительного положения точек установки антенн, основанная на фазовых измерениях в глобальной навигационной спутниковой системе (ГНСС) (см. заявку США №2004/0212533, МПК G01S 5/14, НКИ 342/357.08, оп. 28.10.2004, принято за прототип).
Система включает один базовый приемник с антенной, несколько дополнительных приемников с антеннами, систему связи и компьютер для проведения вычислений.
Известная система не решает задач контроля стрел прогиба/перегиба корпуса корабля, являющихся объективной характеристикой меры деформации корпуса под воздействием внешних нагрузок.
Техническая задача, решаемая заявленным устройством обеспечение возможности непрерывного автоматического измерения (мониторинга) величин стрел прогиба/перегиба корпуса корабля под влиянием внешних воздействий в целях обеспечения безопасности плавания.
Указанная задача решается за счет того, что в измерителе деформации корпуса корабля, содержащем приемники сигналов глобальной навигационной спутниковой системы, приемные антенны которых неподвижно закреплены на корпусе корабля, систему обмена данными и процессор, антенны размещены вдоль корпуса корабля на одной линии от носовой до кормовой его части, параллельной диаметральной плоскости корабля, а процессор выполнен с возможностью расчета текущих значений стрел прогиба/перегиба в точках крепления антенн как отстояния внутренних приемных антенн от линии, соединяющей текущее положение крайних носовой и кормовой антенн.
Один из приемников, антенна которого укреплена в крайней носовой или кормовой части корпуса корабля, является базовым, остальные приемники - дополнительные.
Базовый приемник работает в режиме базовой станции, дополнительные - в режиме кинематики реального времени (RTK) с разрешением неоднозначностей фазовых измерений в движении (OTF). Обмен данных между приемниками ГНСС, а также выдача данных из приемников в процессор производится с помощью системы обмена данными.
h
Точностные характеристики предлагаемого устройства могут быть определены из условия, что средняя квадратическая погрешность (СКП) измерения единичной разности высот двух антенн (σ) в режиме RTK составляет 20-30 мм:
h
σ=20-30 мм.
Δ
Тогда СКП единичной разности высот линии, проходящей через крайние антенны и внутренние антенны (σ) не превышает значения:
Известно, что для больших кораблей период килевой качки превышает 10 с, а частота выдачи данных приемником ГНСС достигает значений 20-100 Гц. Таким образом, можно использовать процедуру осреднения единичных значений разностей высот на интервале до 0,5 с, что соответствует числу N=10-50 отсчетов по данным RTK. Следовательно, СКП расчета средней величины прогиба/перегиба  составляет величину
h
При N=10 и σ=30 мм, величина ≤15 мм, что вполне допустимо, т.к. значения стрелы прогиба/перегиба могут превышать 100-300 мм для корпусов больших кораблей. Следовательно, предложенным устройством достигается решение поставленной задачи.
Сущность заявляемого технического решения поясняется фиг.1 чертежа, на фиг.2 представлено положение антенн при деформации корпуса.
На чертеже обозначено:
1
n
1-1 приемник антенны сигналов ГНСС;
1
n
2-2 приемники ГНСС;
3 - система обмена данными между приемниками и процессором;
4 - компьютер для обработки фазовых измерений от всех приемников ГНСС;
5 - корпус корабля в начальном и деформированном (фиг.2) состояниях.
2
n-1
Количество n приемников сигналов ГНСС с приемными антеннами определяется числом точек на корпусе корабля, для которых производится измерения стрелы прогиба/перегиба S-S.
1
n
1
n
При работе устройства радиосигналы ГНСС поступают от приемных антенн 1-1 на входы соответствующих приемников ГНСС 2-2, а данные проведения кодовых и фазовых измерений поступают от приемников ГНСС в компьютер 4, через систему обмена данными 3.
В дополнительных приемниках производится решение задач в следующей последовательности:
2
n
1
- формируются разности фазовых измерений между антеннами дополнительных приемников, например, 2-2 и базовым приемником 2;
- разрешается неоднозначность фазовых измерений в режиме кинематики реального времени (RTK) в движении (OTF);
2
n
2
n
1
- определяются текущие прямоугольные координаты антенн 1-1 дополнительных приемников 1-2 относительно антенны 1 в топоцентрической системе координат;
В компьютере 4 производится решение задач в следующей последовательности:
2
n
1
- вычисляются текущие прямоугольные координаты приемных антенн 1-1 относительно приемной антенны 1 в топоцентрической системе координат;
1
n
- вычисляются текущие параметры линии, проходящей через антенны 1 и 1;
2
n-1
1
n
2
n-1
- вычисляются значение величин прогибов/перегибов корпуса корабля, как значения расстояния антенн 1-1 относительно линии, проходящей через антенны 1 и 1. (S-S).
i
В начальном положении антенн (при отсутствии деформации корпуса корабля), все антенны размещаются на одной прямой, при этом значение величины стрелы прогиба/перегиба для каждой приемной антенны будет равно нулю (Δ=0).
1
n
В процессе плавания под влиянием внешних факторов происходит деформация корпуса корабля и, соответственно, изменяется взаимное положение приемных антенн 1-1, неподвижно прикрепленных к корпусу корабля (фиг.2). При этом полученные в компьютере 4 расчетные значения величин стрел прогиба/перегиба S для каждой приемной антенны не будут равны нулю, а сравнение их с предельно допустимыми значениями в ПЗУ компьютера, позволяет оценить степень безопасности и предотвратить разлом корабля.