搖板造波機(jī)規(guī)則波模擬性能測(cè)試

1、搖板造波機(jī)規(guī)則波模擬性能測(cè)試隨著港口工程的不斷發(fā)展，物理模型試驗(yàn)對(duì)造波機(jī)的功能和性能提出了越來(lái)越高的要求。搖板造波機(jī)采用伺服電機(jī)和絲杠導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)，通過(guò)搖板式設(shè)計(jì)有效縮小了造波機(jī)的體積，使其安裝方便、靈活，從很大程度上提高了物理模型試驗(yàn)的效率。新建造波機(jī)投入使用前必須對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試，以檢驗(yàn)造波機(jī)的性能，為物理模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和比尺選擇提供參考。本文對(duì)搖板造波機(jī)的規(guī)則波模擬性能進(jìn)行測(cè)試。1造波機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介1本文測(cè)試的造波機(jī)采用計(jì)算機(jī)無(wú)線遠(yuǎn)程控制，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制，并由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊導(dǎo)軌系統(tǒng)2,從而實(shí)現(xiàn)推波機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)以模擬出要求的波浪，推波板總寬度181n高度0.45m,最大試驗(yàn)水深

2、40cm最大擺角范圍-28。28。造波機(jī)采用380V三相交流電供電，輸出功率大，運(yùn)動(dòng)平滑，響應(yīng)快，維護(hù)簡(jiǎn)單方便。試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)上位計(jì)算機(jī)上的控制軟件界面進(jìn)行控制，操作簡(jiǎn)單方便。該造波機(jī)的工作原理如下：造波機(jī)工作時(shí),在控制計(jì)算機(jī)上輸入所需的造波參數(shù)，完成造波控制信號(hào)的計(jì)算3,經(jīng)無(wú)線網(wǎng)傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制器中，運(yùn)動(dòng)控制器將造波控制信號(hào)傳輸?shù)剿欧?qū)動(dòng)器中，由伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)缸將伺服電動(dòng)機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電動(dòng)缸推桿的直線運(yùn)動(dòng)，并經(jīng)過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)傳遞到推波板使其產(chǎn)生搖擺運(yùn)動(dòng)，推波板推水而產(chǎn)生波浪4。同時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器的編碼器經(jīng)接口電路實(shí)時(shí)反饋至運(yùn)動(dòng)控制器以對(duì)推波機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，如有異常

3、，伺服驅(qū)動(dòng)器將使伺服電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)并發(fā)送報(bào)警信號(hào)至運(yùn)動(dòng)控制器，再由運(yùn)動(dòng)控制器將報(bào)警信號(hào)發(fā)送至控制計(jì)算機(jī)上的控制軟件界面。2試驗(yàn)水池及儀器布置試驗(yàn)水池長(zhǎng)25m寬25m深0.6m。港池?fù)u擺可移動(dòng)式造波機(jī)安裝在水池的一端。造波機(jī)后布置消波框，能有效防止波浪次反射，水池末端設(shè)有1：5的塊石斜坡，以吸收多余波浪能量(5)o如圖3所示，從造波機(jī)前61n處開始布置共12臺(tái)浪高儀，用于采集水池不同位置處的波浪數(shù)據(jù)，浪高儀的編號(hào)和間距如圖所示。3試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果分析結(jié)合水池深度和造波板高度，試驗(yàn)水深選用有效水深38cm。試驗(yàn)波浪分為規(guī)則波。3.1 波浪時(shí)間序列的波峰線平直性圖2給出了在水池中傳播的典型規(guī)則波列6,圖

4、中，橫坐標(biāo)為時(shí)間(s),縱坐標(biāo)為波高(cm)o由圖中可以看出，波浪時(shí)間序列的波峰線是一條直線。本次測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果均在保證規(guī)則波形的情況下取得的。3.2 不同周期的波高最大值分布通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)，造波機(jī)在本實(shí)驗(yàn)水池可生成的規(guī)則波范圍如圖3。圖中橫坐標(biāo)為規(guī)則波周期T縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)周期下可生成的最大穩(wěn)定規(guī)則波。3.3 同一波峰線上的波面平穩(wěn)度波面的平穩(wěn)度采用下式表示，平穩(wěn)度越小表示波面越平穩(wěn)。式1)式中，Si一波面平穩(wěn)度，一第i點(diǎn)的平均波高，H0-目標(biāo)波高。表1詳細(xì)列出了不同周期時(shí)最大波高情況下同一波峰線上的波浪平穩(wěn)度。其中第二排的15#和18#在同一波峰線上，16#和17#在同一波峰線上。從表1可以看出，

5、各測(cè)點(diǎn)在不同周期時(shí)的平穩(wěn)度最大為6.5%,造波機(jī)生成的規(guī)則波在同一波峰線上的波面大致比較平穩(wěn)，僅在兩側(cè)的邊壁附近由于直墻摩擦導(dǎo)致波形滯后。3.4不同時(shí)間段的造波穩(wěn)定性在上午(8:0012:00)和下午(13:00-18:00)兩個(gè)不同時(shí)間段，輸入相同參數(shù)進(jìn)行重復(fù)造波試驗(yàn)，每組重復(fù)2遍,對(duì)比2次的最大誤差。試驗(yàn)結(jié)果見表2o可以看出，該造波機(jī)在不同時(shí)間段生成的規(guī)則波波高相差不大；在不同時(shí)間段內(nèi)兩次重復(fù)試驗(yàn)的波高誤差也相差很小，且均不超過(guò)3%o因此，該造波機(jī)在不同時(shí)間段的對(duì)于規(guī)則波的造波性能穩(wěn)定，能夠滿足模型試驗(yàn)的要求7。4結(jié)論該造波機(jī)能生成的規(guī)則波時(shí)間序列的波峰線平直度理想，期范圍為0.6-2.5s,在周期為L(zhǎng)2s時(shí)可生成最大規(guī)則波波高，最大波高為15.49cm;規(guī)則波波形重復(fù)性良好，規(guī)則波波面平穩(wěn)度小于6.5%；不同時(shí)間段時(shí)間生成波浪的穩(wěn)定性良好，生成波浪的波高誤差