水槽造波機(jī)試驗(yàn)設(shè)備是用于在實(shí)驗(yàn)室水槽中模擬各種波浪條件的裝置,，以下將從其類型,、結(jié)構(gòu)組成,、工作原理等維度展開介紹：
類型
推板式造波機(jī)：通過動(dòng)力驅(qū)動(dòng)推波板做平行運(yùn)動(dòng)或繞底部鉸接點(diǎn)擺動(dòng),，推動(dòng)水體產(chǎn)生波浪,。平行運(yùn)動(dòng)適合產(chǎn)生淺水波，擺動(dòng)則適合產(chǎn)生深水波,?？梢酝ㄟ^改變電機(jī)轉(zhuǎn)速和曲柄半徑，產(chǎn)生不同周期和振幅的規(guī)則波,；通過電腦控制和伺服系統(tǒng),，也能產(chǎn)生不規(guī)則波。
搖板式造波機(jī)：通常由一塊或多塊搖板組成,，搖板繞固定軸做往復(fù)擺動(dòng),，帶動(dòng)水體形成波浪。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,，造波效率較高,，能夠產(chǎn)生較大波高的波浪，常用于船舶耐波性試驗(yàn)等,。
氣壓式造波機(jī)：利用壓縮空氣或真空泵在水槽一端形成壓力差,，使水面產(chǎn)生波動(dòng)形成波浪。其優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生較長(zhǎng)波長(zhǎng)的波浪,，且波面較為平穩(wěn),，但造波頻率相對(duì)較低，設(shè)備體積較大,。
吸收式造波機(jī)：不僅可以產(chǎn)生波浪,，還能吸收波浪，減少波浪在水槽端部的反射,，提高造波精度和試驗(yàn)效果,。它通過控制水槽兩端的水流進(jìn)出，產(chǎn)生符合波浪行進(jìn)時(shí)的流體速度分布,，從而在水槽中形成穩(wěn)定波浪,，有效降低了反射波的干擾。
結(jié)構(gòu)組成
動(dòng)力系統(tǒng)：為造波機(jī)提供動(dòng)力,，常見的有電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)兩種方式,。電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有動(dòng)態(tài)性能好、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn),，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為主要發(fā)展方向,；液壓驅(qū)動(dòng)則具有較大的驅(qū)動(dòng)力,，適用于大型造波機(jī)。
傳動(dòng)系統(tǒng)：將動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞給造波板或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu),，實(shí)現(xiàn)造波運(yùn)動(dòng),。常見的傳動(dòng)方式有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、絲杠螺母機(jī)構(gòu),、鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等,。
造波板：直接與水體接觸，通過自身的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)水體產(chǎn)生波浪,。造波板的形狀,、尺寸和運(yùn)動(dòng)方式會(huì)影響波浪的形態(tài)和特性。
控制系統(tǒng)：是造波機(jī)的核心部分,，負(fù)責(zé)控制造波機(jī)的運(yùn)行參數(shù),，如波高、周期,、波形等,。控制系統(tǒng)通常由上位機(jī),、下位機(jī),、運(yùn)動(dòng)控制器、功率驅(qū)動(dòng)設(shè)備等組成,，通過編程和算法實(shí)現(xiàn)對(duì)造波過程的精確控制,。
傳感器系統(tǒng)：用于測(cè)量波浪的參數(shù)，如波高,、周期,、波長(zhǎng)等，以及造波機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),，如造波板的位置,、速度等,。傳感器系統(tǒng)包括浪高傳感儀組,、A/D 轉(zhuǎn)換器、光電編碼器等,，將測(cè)量數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，提高造波精度,。
工作原理
規(guī)則波生成原理：對(duì)于推板式造波機(jī),，當(dāng)電機(jī)以恒定速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為推波板的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),。如果推波板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律符合正弦或余弦函數(shù),，那么在水槽中就會(huì)產(chǎn)生規(guī)則的正弦波或余弦波,。通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和曲柄半徑，可以調(diào)整推波板的運(yùn)動(dòng)速度和幅度,，從而改變波浪的周期和波高,。
不規(guī)則波生成原理：首先需要根據(jù)試驗(yàn)要求確定目標(biāo)波譜，如 JONSWAP 譜,、Pierson-Moskowitz 譜等,。然后，控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)波譜生成一系列隨機(jī)的波幅和相位數(shù)據(jù),，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)化為造波板的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào),。造波板在這些控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下做復(fù)雜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而在水槽中產(chǎn)生符合目標(biāo)波譜的不規(guī)則波,。
