[发明专利]垂向多板造波机

说明书

技术领域

本发明涉及水动力学实验研究技术领域，更具体地，涉及用于在水槽或水池生成高精度的规则波，不规则波，内波和内孤立波的造波机。

背景技术

在海洋工程及水动力试验测试领域，造波机是进行物理模型试验的一种必备装置。造波机通常设置在试验水槽或水池的一端，通过造波板的往复运动来制造波浪。由于实验研究的复杂性和多样性，往往要求造波机能够准确生成满足特定条件的波浪。现有的造波技术在垂向方向大多采用的是单板来回平推或摇摆，其垂向速度分布的形式是固定的，或是摇摆式的垂向线性速度分布，或是推板式垂向均匀速度分布形式，不能准确反映实际垂向非线性（如指数或双曲函数）速度分布。

垂向单板造波机的优点是简易直观，容易实现，但不能提供精确的波浪在垂向速度分布非线性的边界条件，如图1所示的传统摇摆式造波机和图2传统推板式造波机及模拟的垂向速度分布。然而在自然界中所有波浪现象在垂向的速度分布都是非线性的，即使是最简单的正弦波浪也是如此，例如在水深3米，波数为1 的情况下，微幅正弦波的垂向速度分布见图3所示。沿垂直方向的流体质点速度的非线性变化规律是波浪的重要特征，故能否在边界处输入准确的垂向速度关系到所成波浪的品质，对于孤立波等垂直速度差异大的更是如此。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的不能准确地在边界输入非线性垂向速度分布的缺陷，提供垂向多板造波机，可以输入贴近实际的波浪非线性垂向速度分布，以提高水槽或水池非线性波浪（诸如内波，孤立波等）模拟的准确度和精度，满足不同试验测试的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：垂向多板造波机，其中，包括水槽、设于水槽上的液压站、用于产生非线性波浪控制信号的计算机控制系统，还包括支架、与支架连接的执行器、与执行器铰接的造波板，计算机控制系统与液压站连接，液压站与执行器连接，通过伺服阀控制执行器用于带动造波板往复运动，所述的造波板由多块独立的造波板铰接而成。

本方案中，计算机控制系统用于产生非线性波浪控制信号，将此信号发送给液压站和伺服阀，控制执行器产生动力，执行器带动造波板往复运动，由于造波板由多块独立的造波板铰接而成，通过不同的多块造波分板做不同幅度的往复直线运动和转动，达到在造波边界组合并构造出准确的垂向速度分布。

这样，就能够在较短的传播距离内造出比传统垂向单板推板式或摇摆式造波机系统更复杂、更多变的表面波和内波，特别是强非线性的表面波和内波，大大提高造波的精度和准确度,减小造波机的长度。根据不同的控制精度、响应速度和稳定性等应用需求选择嵌入式系统、可编程控制器或工控机作为计算机控制单元和所需要的分板数量和大小，在保证高精度和高响应速度的前提下，增强了系统操作灵活性和稳定性，降低了维护和保养成本。

进一步的，所述的造波板由3块独立的造波板铰接而成，分别为设于上部的第一造波板、设于中部的第二造波板、设于下部的第三造波板，所述的第一造波板与第二造波板通过造波板第一铰接点铰接，所述的第二造波板与第三造波板通过造波板第二铰接点铰接。

本发明的第一方案：所述的执行器包括由上往下设置的第一执行器、第二执行器、第三执行器、第四执行器；第一执行器通过支架第一铰接点与支架铰接，第二执行器通过支架第二铰接点与支架铰接，第三执行器通过支架第三铰接点与支架铰接，第四执行器通过刚结点与支架刚性连接。所述的第一执行器上设有第一推杆，第一推杆通过第一推杆铰接点与第一造波板的上部铰接；第二执行器上设有第二推杆，第二推杆通过第二推杆铰接点与第一造波板、第二造波板铰接，且第二推杆铰接点与造波板第一铰接点重合；第三执行器上设有第三推杆，第三推杆通过第三推杆铰接点与第二造波板、第三造波板铰接，且第三推杆铰接点与造波板第二铰接点重合；第四执行器上设有第四推杆，第四推杆通过第四推杆铰接点与第三造波板的下部铰接。

上述第一方案中，推杆与各板的中心铰接，通过推杆的往复运动, 控制板的直线运动，通过板与板之间的铰接，控制板的转动。铰接可以保持垂向运动速度剖面的连续性。