НАПРАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ВЕТРА

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: частичные вертушки и воздушный винт.

Частичная 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. Установлено, что при этой ско­рости вращения линейная скорость движения центра чашек примерно в три раза меньше скорости ветра U, т.е. V = U/3. Так как V = 2 π r n, где r – ра­диус вращения центра чашки, n – число оборотов в секунду, то n = U/6 π r. Таким образом, скорость ветра преобразуется в частоту вращения или в уг­ловую скорость вращения вертушки (ω = 2 π r). Чашечная вертушка не тре­бует ориентации относительно направления ветра.

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.

Под воздействием воздушного потока, набегающего на винт, он на­чинает вращаться и достигает некоторой угловой скорости ω. Зависи­мость угловой скорости вращения винта от скорости ветра имеет вид:

(7)

где φ – угол разворота участка лопасти на расстояние r от центра.

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.