研究成果：水下悬索曲线与偏角改正

悬索悬吊仪器测具进行水文测验,由于水流的作用将向下游移动成一条曲线,从而难以根据湿绳长度正确地判断仪器测具的竖向位置。为了解决这一问题,需要研究悬索曲线及其偏角改正问题。最早提出的和最具有实际意义的是湿绳长度与垂直深度的关系,利用这种关系由湿绳长度求垂直深度或利用垂直深度求湿绳长度称为湿绳的偏角改正。多年来,不同研究者已经提出了一些改正公式和数表[1-9],但大部分是经验性的,或者基于某些较任意的假设引进,而且除个别外,几乎均只限于仪器,测距在河底的偏角改正。其中文献[6]的结果较为例外,力学上分析较为清楚,比过去有较大进展,但是还未较全面地揭示悬索曲线的特性,参数表示不尽合理,资料验证不尽符合。总之,从已有的文献看悬索曲线的理论研究还很不够;就偏角改正而言,尚未发现具有一般性的、而且经过较多实际资料检验的理论成果。其次,研究悬索曲线不单限于湿绳的偏角改正,还必须将有关曲线的一系列特性弄清楚,偏角改正的研究才有较好的基础,也才可能获得减少偏角的有效措施。

本专题第一部分为悬索曲线。它包括:①经过力学分析,首先建立了悬索曲线德微分方程,颇为重要的是该方程,并不直接包含水深、流速、悬索直径和测具的尺寸及阻力系数等实体因素,而是由有关几何参数,如水面偏角、河底偏角及湿绳长等将它们间接表达,从而使曲线完全几何化和相对化,表述简单清晰,使用方便。曲线坐标的相对化,证实了悬索曲线的相似性,从而有可能将其缩小至水槽试验,可代替花大量的人力、物力的天然河道中试验。②求出了微分方程的解,分析了曲线坐标方程受流速分布的影响。进而研究了曲线的几何特性,证实了曲线是凹向水流上游的。③给出了偏角沿垂线分布。特别是曲线导数与偏角关系的揭示有重要意义,使大家只需根据测具在不同位置的水面偏角等能计算出悬索曲线各点的导数及曲线长,以至垂直深度和偏角改正值。这是悬索曲线研究的重要进展。

第二部分求解了悬索曲线的湿绳长,包括理论解(数字解)以及简化的分析;它们可供大范围内的偏角改正。

同时还研究了铅鱼落于床面以及带导线的悬索曲线,以及它们的偏角改正。(www.xing528.com)

第三部分是对各种湿绳改正表及公式的简评,包括它们的来源、根据、简化条件、存在的问题以及改正数的误差等。

第四部分为悬索、铅鱼阻力系数试验资料的分析及减少偏角途径的探讨等。