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波浪发生装置

2020-04-09 21:00

在水槽或水池里模拟天然波浪的设备,又称造波机,广泛应用于港口、水利、海洋、船舶工程等模型试验中。

产生波浪的方法很多,如气压式、冲击式等。较通用的是推板式(图1)。在动力驱动下,推板可作平行运动(适合于产生浅水波),或可作相当于推板底部被铰接,并以此为轴的前后摆动(适合于产生深水波),亦可以作介于这二者之间的摆动。推波板的前后运动推动水体产生波浪。

图1 规则波造波机简图

规则波造波机

电机的转动经曲柄推动推波板作等周期等振幅的运动,推动水体产生规则波。为了满足试验的不同要求,可改变电机的转速和曲柄半径,使所产生规则波的周期和振幅达到所要求的数值。

不规则波造波机

自然界中,水面的波浪都是周期和振幅随机变化的不规则波。其造波机有二维的,可产生不规则的长峰波;三维的,可产生具有方向谱的三维短峰波。

将试验要求的波谱特征值输入电脑,电脑将它换算成随机波列信号,再经传递函数换算成推波板运动的信号,经D/A变换后定时地送伺服控制器(图2)。伺服控制器将此给定信号与经位移传感器实测的推波板位置信号比较,其误差信号经放大后送伺服驱动装置,驱动推波板前后运动产生波浪,形成闭环伺服系统。伺服驱动装置有用液压式的,亦有用交流伺服电机式的。波高仪测得的水面波动信号,经A/D变换后被采集进电脑,再经快速傅立叶变换等运算求得波谱。如与所要求的谱特征值相差较大,则修改传递函数,生成新的推波板运动信号,重新造波。经数次反复迭代,可使实测到的波谱特性达到所要求的指标。

图2 不规则波造波机简图

三维不规则波造波机主要用于水池中,它由几十块宽度不大(一般0.4~1.0m)的推波板组成。每块推波板由一套独立的伺服控制系统驱动,各自接受电脑由造波软件所算得的控制信号。如各推波板的伺服控制器接受同一个不规则波控制信号,则在水池中产生正向的二维长峰波。如送给各相邻推波板伺服控制器的控制信号有一固定的相位差,则产生斜向长峰波。改变此相位差,就能改变波向。如各推波板的伺服控制器各自受由电脑根据波浪方向谱的要求算得的信号所控制,就能产生带有方向扩散因子的三维多向短峰不规则波。此类造波机工作时像蛇的运动,故又称蛇形造波机。它在研究短峰不规则波对海洋工程建筑物的作用时是很有用的。

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