實驗室水槽造波機試驗設備的介紹

水槽造波機試驗設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、結構組成、工作原理等維度展開介紹：

• 類型

• 推板式造波機：通過動力驅動推波板做平行運動或繞底部鉸接點擺動，推動水體產生波浪。平行運動適合產生淺水波，擺動則適合產生深水波。可以通過改變電機轉速和曲柄半徑，產生不同周期和振幅的規則波；通過電腦控制和伺服系統，也能產生不規則波。

• 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擺動，帶動水體形成波浪。其優點是結構相對簡單，造波效率較高，能夠產生較大波高的波浪，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，使水面產生波動形成波浪。其優點是可以產生較長波長的波浪，且波面較為平穩，但造波頻率相對較低，設備體積較大。

• 吸收式造波機：不僅可以產生波浪，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出，產生符合波浪行進時的流體速度分布，從而在水槽中形成穩定波浪，有效降低了反射波的干擾。

• 結構組成

• 動力系統：為造波機提供動力，常見的有電機驅動和液壓驅動兩種方式。電機驅動具有動態性能好、維護成本低等優點，交流伺服電機驅動系統已成為主要發展方向；液壓驅動則具有較大的驅動力，適用于大型造波機。

• 傳動系統：將動力系統的動力傳遞給造波板或其他執行機構，實現造波運動。常見的傳動方式有曲柄連桿機構、絲杠螺母機構、鏈條傳動機構等。

• 造波板：直接與水體接觸，通過自身的運動推動水體產生波浪。造波板的形狀、尺寸和運動方式會影響波浪的形態和特性。

• 控制系統：是造波機的核心部分，負責控制造波機的運行參數，如波高、周期、波形等。控制系統通常由上位機、下位機、運動控制器、功率驅動設備等組成，通過編程和算法實現對造波過程的精確控制。

• 傳感器系統：用于測量波浪的參數，如波高、周期、波長等，以及造波機的運行狀態，如造波板的位置、速度等。傳感器系統包括浪高傳感儀組、A/D 轉換器、光電編碼器等，將測量數據反饋給控制系統，實現閉環控制，提高造波精度。

• 工作原理

• 規則波生成原理：對于推板式造波機，當電機以恒定速度轉動時，通過曲柄連桿機構將電機的旋轉運動轉化為推波板的往復直線運動。如果推波板的運動規律符合正弦或余弦函數，那么在水槽中就會產生規則的正弦波或余弦波。通過改變電機的轉速和曲柄半徑，可以調整推波板的運動速度和幅度，從而改變波浪的周期和波高。

• 不規則波生成原理：首先需要根據試驗要求確定目標波譜，如 JONSWAP 譜、Pierson-Moskowitz 譜等。然后，控制系統根據目標波譜生成一系列隨機的波幅和相位數據，這些數據經過處理后轉化為造波板的運動控制信號。造波板在這些控制信號的驅動下做復雜的往復運動，從而在水槽中產生符合目標波譜的不規則波。