[发明专利]速差导航技术

说明书

一、速差导航技术的基础。

速差导航技术基于内河水流如下规律：

1、内河水始终是流动而不是静止的，尽管枯水期流速很小。(断流例外)

2、内河水在流动中，尽管有旋涡和逆流，流向极其复杂，但在任意过水断面上的综合向量始终朝向下游。

3、根据内河水流流速和流向的变化特点，我们将内河水流分为轴流和边流。边流是靠近河床底壁和边壁的水流。轴流则是靠近河道中心部位的水流。在边流中，水流方向比较复杂，水流速度相对缓慢。在轴流中，水流方向比较接近，水流速度相对较大。一般来说，河床平整，流速较小，边流范围相对较小，而轴流范围相对较大。相反，河床复杂，高低不平，且流速较大，则边流范围相对较大，轴流范围相对较小。值得指出：边流和轴流之间没有绝对界线，而且还会随着河床和流速的变化而变化。

4、轴流由许多基元流束组成。在轴流表面中心有一条流束，我们称之谓中心流束。中心流束的最大特点是流速最大。其两侧比邻流束的流速只能小于或等于其流速。在任何情况下都不可能大于其流速。值得指出：中心流束的位置会随着河床、水位和流速的变化而变化。中心流束还会随着河道的分支而分支。

二、速差导航技术的原理。

根据内河水流的上述规律，当船舶在行驶中，其中轴线与中心流束相重叠时，那么船舶两侧的相对速度是相同或相近的。假如船舶中轴线偏离中心流束时(无论偏离哪一侧)，那么船舶两侧的相对速度就会产生速度差。这种速度差所形成的压力差实际上就是速差导航的直接信号。如果我们采取切实可行的综合措施，充分利用这种极其微小的信号(本技术可以利用的这种信号可以小到一个大气压的百万分之一)，同时切实消除因风浪、货物、人员分布不均衡导致船舶倾斜所形成的压力差影响。(这种压力差往往高出导航信号几千、几万、甚至几十万倍)使船舶始终行驶在中心流束及其附近，这实际上就实现了自动和安全导航。这就是速差导航的原理。现在的问题是，如何确保船舶行驶在中心流束及其附近，这却不是一个纯理论想象或纸上谈兵所能解决的问题。而必须有一整套科学的综合措施和实用可靠的零部件。下面将一一介绍。

三、速差导航技术的部件。

1、传感器。数量两个，分头、体、尾部，体部直径60毫米以上，尾部内径20毫米左右。体部打有许多直径10毫米左右的小孔。材料以硬质铝合金为好。其置于船头前三米以上，水深一米以下，相对恒定对称位置上。其间距离一般不超出船体宽度。值得指出：传感器在工作时不得露出水面。图1是传感器示意图。图中1是传感器尾部，2是传感 器体部，3是传感器头部。

2、导水管。

A.船体外导水管。数量两根，长度若干米，内径20毫米左右。要求具有高强度抗拉性。其一端与传感器尾部相接，另一端与船体接头相连。

B.船体内导水管。数量两根，长度若干米，内径20毫米左右，软、硬均可。其一端与船体接头相接，另一端与水仓接头相连。

C.水仓内导水管。数量两根，长度若干米，内径20毫米左右。以软管为好，而且软管材料比重与水比重接近。其一端与水仓接头相接，另一端与浮岛接头相连。

D.浮岛内导水管。数量两根，长度若干公分，内径20毫米左右，以软橡皮管为好。其一端与浮岛接头相接，另一端与抗干扰器接头相连。

3、抗干扰器。由四个中空圆柱管和上下接头组成。中空圆柱管内径20毫米左右，高150毫米左右。四个中空圆柱管的中轴线应在间距相同的平面上。外围两个圆柱管为一组，且相互连通。里面两个圆柱管为另一组，同样相互连通。两组圆柱管分别与一侧导水管和气导管相连接。抗干扰器是本技术最为关键的部件。无论是材料还是制作工艺均有相当高的要求。抗干扰器固定在浮岛相关位置上。图2是抗干扰原理示意图。图中1是抗干扰器垂直时水平面，图中2是抗干扰器倾斜后水平面。图中A、B、C、D分别是抗干扰器中的四个同等大小的中空圆柱管。图中Δ5＝Δ6，Δ3＝Δ8，Δ4＝Δ7，Δ4+Δ3＝Δ8+Δ7。抗干扰器垂直时水面上容积A+D＝B+C，抗干扰器倾斜后水面上容积仍然是A+D＝B+C。

4、复合天平。由精密天平和普通天平组合而成。图3是复合天平示意图。图中1是平衡刀，2是普通天平横梁，3是精密天平横梁，4是玛瑙刀，5是指针，6是点光源，7是浮砣，8是U型管，9是气导管，10是砝码，11是水面。