
水槽造波機試驗設(shè)備是用于在實驗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:通過動力驅(qū)動推波板做平行運動或繞底部鉸接點擺動,推動水體產(chǎn)生波浪,。平行運動適合產(chǎn)生淺水波,,擺動則適合產(chǎn)生深水波??梢酝ㄟ^改變電機轉(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:通常由一塊或多塊搖板組成,搖板繞固定軸做往復(fù)擺動,,帶動水體形成波浪,。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單,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等。
氣壓式造波機: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)生波動形成波浪,。其優(yōu)點是可以產(chǎn)生較長波長的波浪,且波面較為平穩(wěn),,但造波頻率相對較低,,設(shè)備體積較大。
吸收式造波機: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
動力系統(tǒng):為造波機提供動力,,常見的有電機驅(qū)動和液壓驅(qū)動兩種方式。電機驅(qū)動具有動態(tài)性能好,、維護(hù)成本低等優(yōu)點,,交流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)已成為主要發(fā)展方向;液壓驅(qū)動則具有較大的驅(qū)動力,,適用于大型造波機,。
傳動系統(tǒng):將動力系統(tǒng)的動力傳遞給造波板或其他執(zhí)行機構(gòu),實現(xiàn)造波運動,。常見的傳動方式有曲柄連桿機構(gòu),、絲杠螺母機構(gòu)、鏈條傳動機構(gòu)等,。
造波板:直接與水體接觸,,通過自身的運動推動水體產(chǎn)生波浪。造波板的形狀,、尺寸和運動方式會影響波浪的形態(tài)和特性,。
控制系統(tǒng):是造波機的核心部分,負(fù)責(zé)控制造波機的運行參數(shù),,如波高,、周期、波形等,??刂葡到y(tǒng)通常由上位機、下位機,、運動控制器,、功率驅(qū)動設(shè)備等組成,通過編程和算法實現(xiàn)對造波過程的精確控制,。
傳感器系統(tǒng):用于測量波浪的參數(shù),,如波高、周期,、波長等,,以及造波機的運行狀態(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,,將測量數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng),,實現(xiàn)閉環(huán)控制,提高造波精度,。
工作原理
規(guī)則波生成原理:對于推板式造波機,,當(dāng)電機以恒定速度轉(zhuǎn)動時,通過曲柄連桿機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為推波板的往復(fù)直線運動,。如果推波板的運動規(guī)律符合正弦或余弦函數(shù),,那么在水槽中就會產(chǎn)生規(guī)則的正弦波或余弦波。通過改變電機的轉(zhuǎn)速和曲柄半徑,,可以調(diào)整推波板的運動速度和幅度,,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)化為造波板的運動控制信號,。造波板在這些控制信號的驅(qū)動下做復(fù)雜的往復(fù)運動,,從而在水槽中產(chǎn)生符合目標(biāo)波譜的不規(guī)則波。