垂向多板造波的制造方法
【專利摘要】本發明涉及水動力學實驗研究【技術領域】，更具體地，涉及垂向多板造波機。垂向多板造波機，其中，包括水槽、設于水槽上的液壓站、用于產生非線性波浪控制信號的計算機控制系統，還包括支架、與支架連接的執行器、與執行器鉸接的造波板，計算機控制系統與液壓站泵電連接，液壓站與執行器連接，執行器用于帶動造波板往復運動，所述的造波板由多塊獨立的造波板鉸接而成。本發明能準確地輸入垂向速度分布，造出比垂向單板造波機更復雜、更多變的波浪，并且提高了造波的精度和準確度。可根據不同的控制精度、響應速度和穩定性等應用需求選擇嵌入式系統、可編程控制器或工控機作為計算機控制單元和所需要的分板數量和大小，在保證高精度和高響應速度的前提下，增強了系統操作靈活性和穩定性，降低了維護和保養成本。
【專利說明】垂向多板造波機
【技術領域】
[0001]本發明涉及水動力學實驗研究【技術領域】，更具體地，涉及用于在水槽或水池生成高精度的規則波，不規則波，內波和內孤立波的造波機。
【背景技術】
[0002]在海洋工程及水動力試驗測試領域，造波機是進行物理模型試驗的一種必備裝置。造波機通常設置在試驗水槽或水池的一端，通過造波板的往復運動來制造波浪。由于實驗研究的復雜性和多樣性，往往要求造波機能夠準確生成滿足特定條件的波浪。現有的造波技術在垂向方向大多采用的是單板來回平推或搖擺，其垂向速度分布的形式是固定的，或是搖擺式的垂向線性速度分布，或是推板式垂向均勻速度分布形式，不能準確反映實際垂向非線性(如指數或雙曲函數)速度分布。
[0003]垂向單板造波機的優點是簡易直觀，容易實現，但不能提供精確的波浪在垂向速度分布非線性的邊界條件，如圖1所示的傳統搖擺式造波機和圖2傳統推板式造波機及模擬的垂向速度分布。然而在自然界中所有波浪現象在垂向的速度分布都是非線性的，即使是最簡單的正弦波浪也是如此，例如在水深3米，波數為I的情況下，微幅正弦波的垂向速度分布見圖3所示。沿垂直方向的流體質點速度的非線性變化規律是波浪的重要特征，故能否在邊界處輸入準確的垂向速度關系到所成波浪的品質，對于孤立波等垂直速度差異大的更是如此。
【發明內容】
[0004]本發明為克服上述現有技術所述的不能準確地在邊界輸入非線性垂向速度分布的缺陷，提供垂向多板造波機，可以輸入貼近實際的波浪非線性垂向速度分布，以提高水槽或水池非線性波浪(諸如內波，孤立波等)模擬的準確度和精度，滿足不同試驗測試的要求。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:垂向多板造波機，其中，包括水槽、設于水槽上的液壓站、用于產生非線性波浪控制信號的計算機控制系統，還包括支架、與支架連接的執行器、與執行器鉸接的造波板，計算機控制系統與液壓站連接，液壓站與執行器連接，通過伺服閥控制執行器用于帶動造波板往復運動，所述的造波板由多塊獨立的造波板鉸接而成。
[0006]本方案中，計算機控制系統用于產生非線性波浪控制信號，將此信號發送給液壓站和伺服閥，控制執行器產生動力，執行器帶動造波板往復運動，由于造波板由多塊獨立的造波板鉸接而成，通過不同的多塊造波分板做不同幅度的往復直線運動和轉動，達到在造波邊界組合并構造出準確的垂向速度分布。
[0007]這樣，就能夠在較短的傳播距離內造出比傳統垂向單板推板式或搖擺式造波機系統更復雜、更多變的表面波和內波，特別是強非線性的表面波和內波，大大提高造波的精度和準確度，減小造波機的長度。根據不同的控制精度、響應速度和穩定性等應用需求選擇嵌入式系統、可編程控制器或工控機作為計算機控制單元和所需要的分板數量和大小，在保證高精度和高響應速度的前提下，增強了系統操作靈活性和穩定性，降低了維護和保養成本。
[0008]進一步的，所述的造波板由3塊獨立的造波板鉸接而成，分別為設于上部的第一造波板、設于中部的第二造波板、設于下部的第三造波板，所述的第一造波板與第二造波板通過造波板第一鉸接點鉸接，所述的第二造波板與第三造波板通過造波板第二鉸接點鉸接。
[0009]本發明的第一方案:所述的執行器包括由上往下設置的第一執行器、第二執行器、第三執行器、第四執行器；第一執行器通過支架第一鉸接點與支架鉸接，第二執行器通過支架第二鉸接點與支架鉸接，第三執行器通過支架第三鉸接點與支架鉸接，第四執行器通過剛結點與支架剛性連接。所述的第一執行器上設有第一推桿，第一推桿通過第一推桿鉸接點與第一造波板的上部鉸接；第二執行器上設有第二推桿，第二推桿通過第二推桿鉸接點與第一造波板、第二造波板鉸接，且第二推桿鉸接點與造波板第一鉸接點重合；第三執行器上設有第三推桿，第三推桿通過第三推桿鉸接點與第二造波板、第三造波板鉸接，且第三推桿鉸接點與造波板第二鉸接點重合；第四執行器上設有第四推桿，第四推桿通過第四推桿鉸接點與第三造波板的下部鉸接。
[0010]上述第一方案中，推桿與各板的中心鉸接，通過推桿的往復運動，控制板的直線運動，通過板與板之間的鉸接，控制板的轉動。鉸接可以保持垂向運動速度剖面的連續性。
[0011]本發明的第二方案:所述的執行器包括由上往下設置的第一執行器、第二執行器、第三執行器、第四執行器；第一執行器通過支架第一鉸接點與支架鉸接，第二執行器通過支架第二鉸接點與支架鉸接，第三執行器通過剛結點與支架剛性連接，第四執行器通過剛結點與支架剛性連接。所述的第一執行器上設有第一推桿，第一推桿通過第一推桿鉸接點與第一造波板的中部鉸接；第二執行器上設有第二推桿，第二推桿通過第二推桿鉸接點與第二造波板的中部鉸接；第三執行器上設有第三推桿，第三推桿通過第三推桿鉸接點與第三造波板的中部鉸接，第四執行器上設有第四推桿，第四推桿通過第四推桿鉸接點與第三造波板的下部鉸接。
[0012]上述第二方案中，各板采用柔性板，推桿與兩板三者鉸接，通過不同推桿的不同往復運動速度，控制柔性板的直線運動和轉動，各板之間的鉸接同樣保持了垂向運動速度剖面的連續性。
[0013]進一步的，所述的液壓站與執行器連接處設有伺服閥，計算機控制系統與伺服閥連接。伺服閥控制輸入執行器的液壓油的流量和方向，達到控制分板的差異運動。所述伺服閥由計算機控制系統所控制。所述計算機控制系統有與外界鏈接的接口，便于加裝設備和編程控制。
[0014]上述第一、第二方案中，所述的伺服閥包括由上往下設置的第一伺服閥、第二伺服閥、第三伺服閥和第四伺服閥，第一伺服閥與第一執行器連接，第二伺服閥與第二執行器連接，第三伺服閥與第三執行器連接，第四伺服閥與第四執行器連接。
[0015]本發明中，執行器為液壓執行器，推桿為液壓推桿，通過液壓站產生驅動的動力，液壓推桿進行往復的運動。
[0016]與現有技術相比，有益效果是:
1、能準確地輸入垂向速度分布，造出比垂向單板造波機更復雜、更多變的波浪，并且提高了造波的精度和準確度。
[0017]2、可根據不同的控制精度、響應速度和穩定性等應用需求選擇嵌入式系統、可編程控制器或工控機作為計算機控制單元和所需要的分板數量和大小，在保證高精度和高響應速度的前提下，增強了系統操作靈活性和穩定性，降低了維護和保養成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是傳統搖擺式單板造波機模擬的水平速度剖面。
[0019]圖2是傳統推板式造波機模擬的水平速度剖面。
[0020]圖3是水深3米，波數為I的微幅波水平速度剖面示意圖。
[0021]圖4是本發明垂向多板(3塊)模擬的分段水平速度剖面。
[0022]圖5是本發明實施例1的整體縱向剖視圖。
[0023]圖6是本發明實施例1的整體俯視圖。
[0024]圖7是本發明實施例1的放大結構示意圖。
[0025]圖8是本發明實施例2的整體縱向剖視圖。
[0026]圖9是本發明實施例2的放大結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。
[0028]實施例1
如圖4 一 7所示，垂向多板造波機，其中，包括水槽3、設于水槽3上的液壓站2、用于產生非線性波浪控制信號的計算機控制系統6，還包括支架7、與支架7連接的執行器4、與執行器4鉸接的造波板1，計算機控制系統6與液壓站2和伺服閥連接，液壓站2與執行器連接，執行器4用于帶動造波板I往復運動，造波板I由多塊獨立的造波板鉸接而成。
[0029]本實施例中，計算機控制系統6用于產生非線性波浪控制信號，將此信號發送給液壓站2和伺服閥，伺服閥控制執行器4產生動力，執行器4帶動造波板I往復運動，由于造波板I由多塊獨立的造波板鉸接而成，通過不同的多塊造波分板做不同幅度的往復直線運動和轉動，達到在造波邊界組合并構造出準確的垂向速度分布。
[0030]這樣，就能夠在較短的傳播距離內造出比傳統垂向單板推板式或搖擺式造波機系統更復雜、更多變的表面波和內波，特別是強非線性的表面波和內波，大大提高造波的精度和準確度，減小造波機的長度。根據不同的控制精度、響應速度和穩定性等應用需求選擇嵌入式系統、可編程控制器或工控機作為計算機控制單元和所需要的分板數量和大小，在保證高精度和高響應速度的前提下，增強了系統操作靈活性和穩定性，降低了維護和保養成本。
[0031]如圖7中，造波板I由3塊獨立的造波板鉸接而成，分別為設于上部的第一造波板
11、設于中部的第二造波板12、設于下部的第三造波板13，第一造波板11與第二造波板12通過造波板第一鉸接點111鉸接，第二造波板12與第三造波板13通過造波板第二鉸接點112鉸接。[0032]本實施例中，執行器4包括由上往下設置的第一執行器41、第二執行器42、第三執行器43、第四執行器44 ;第一執行器41通過支架第一鉸接點71與支架鉸接，第二執行器42通過支架第二鉸接點72與支架鉸接，第三執行器43通過支架第三鉸接點73與支架鉸接，第四執行器44通過剛結點74與支架剛性連接。第一執行器41上設有第一推桿411，第一推桿411通過第一推桿鉸接點411A與第一造波板11的上部鉸接；第二執行器42上設有第二推桿421，第二推桿421通過第二推桿鉸接點421A與第一造波板11、第二造波板12鉸接，且第二推桿鉸接點421A與造波板第一鉸接點111重合；第三執行器43上設有第三推桿431，第三推桿431通過第三推桿鉸接點43IA與第二造波板12、第三造波板13鉸接，且第三推桿鉸接點431A與造波板第二鉸接點112重合；第四執行器44上設有第四推桿441，第四推桿441通過第四推桿鉸接點441A與第三造波板13的下部鉸接。
[0033]本實施例中，推桿與各板的中心鉸接，通過推桿的往復運動，控制板的直線運動，通過板與板之間的鉸接，控制板的轉動。鉸接可以保持垂向運動速度剖面的連續性。
[0034]液壓站2與執行器4連接處設有伺服閥5，計算機控制系統6與伺服閥5連接。伺服閥5包括由上往下設置的第一伺服閥51、第二伺服閥52、第三伺服閥53和第四伺服閥54，第一伺服閥51與第一執行器41連接，第二伺服閥52與第二執行器42連接，第三伺服閥53與第三執行器43連接，第四伺服閥54與第四執行器44。伺服閥控制所輸入液壓大小和時機，達到控制分板的差異運動。伺服閥5和液壓站2由計算機控制系統6所控制。所述計算機控制系統有與外界鏈接的接口，便于加裝設備和編程控制。
[0035]本實施例中，執行器為液壓執行器，推桿為液壓推桿，通過液壓站產生驅動的動力，液壓推桿進行往復的運動。
[0036]實施例2
如圖8、9中，執行器4包括由上往下設置的第一執行器41、第二執行器42、第三執行器43、第四執行器44 ;第一執行器41通過支架第一鉸接點71與支架鉸接，第二執行器42通過支架第二鉸接點72與支架鉸接，第三執行器43通過剛結點74與支架剛性連接，第四執行器44通過剛結點75與支架剛性連接。。第一執行器41上設有第一推桿411，第一推桿411通過第一推桿鉸接點411A與第一造波板11的中部鉸接；第二執行器42上設有第二推桿421，第二推桿421通過第二推桿鉸接點421A與第二造波板12的中部鉸接；第三執行器43上設有第三推桿431，第三推桿431通過第三推桿鉸接點431A與第三造波板13的中部鉸接，第四執行器44上設有第四推桿441，第四推桿441通過第四推桿鉸接點441A與第三造波板13的下部鉸接。伺服閥5包括由上往下設置的第一伺服閥51、第二伺服閥52、第三伺服閥53，第一伺服閥51與第一執行器41連接，第二伺服閥52與第二執行器42連接，第三伺服閥53與第三執行器43連接，第四伺服閥54與第四執行器44連接。
[0037]本實施例中，各板采用柔性板，推桿與兩板三者鉸接，通過不同推桿的不同往復運動速度，控制柔性板的直線運動和轉動，各板之間的鉸接同樣保持了垂向運動速度剖面的連續性。
[0038]本實施例的其余結構及工作原理與實施例1雷同，在此不再敘述。
[0039]顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。
【權利要求】
1.垂向多板造波機，其特征在于，包括水槽(3)、設于水槽(3)上的液壓站(2)、用于產生非線性波浪控制信號的計算機控制系統(6)，還包括支架(7)、與支架(7)連接的執行器(4)、與執行器(4)鉸接的造波板(1)，計算機控制系統(6)與液壓站(2)電連接，液壓站(2)與執行器(4)連接，執行器(4)用于帶動造波板(I)往復運動，所述的造波板(I)由多塊獨立的造波板鉸接而成。
2.根據權利要求1所述的垂向多板造波機，其特征在于，所述的造波板(I)由垂向多塊造波板鏈接而成，以三板為例，分別為設于上部的第一造波板(11)、設于中部的第二造波板(12)、設于下部的第三造波板(13)，所述的第一造波板(11)與第二造波板(12)通過造波板第一鉸接點(111)鉸接，所述的第二造波板(12)與第三造波板(13)通過造波板第二鉸接點(112)鉸接。
3.根據權利要求2所述的垂向多板造波機，其特征在于，所述的執行器(4)包括由上往下設置的第一執行器(41)、第二執行器(42)、第三執行器(43)、第四執行器(44);第一執行器(41)通過支架第一鉸接點(71)與支架鉸接，第二執行器(42)通過支架第二鉸接點(72)與支架鉸接，第三執行器(43 )通過支架第三鉸接點(73 )與支架鉸接，第四執行器(44 )通過剛結點(74)與支架剛性連接。
4.根據權利要求3所述的垂向多板造波機，其特征在于，所述的第一執行器(41)上設有第一推桿(411)，第一推桿(411)通過第一推桿鉸接點(411A)與第一造波板(11)的上部絞接； 第二執行器(42)上設有第二推桿(421)，第二推桿(421)通過第二推桿鉸接點(421A)與第一造波板(11)、第二造波板(12)鉸接，且第二推桿鉸接點(42IA)與造波板第一鉸接點 (111)重合； 第三執行器(43)上設有第三推桿(431)，第三推桿(431)通過第三推桿鉸接點(431A)與第二造波板(12)、第三造波板(13)鉸接，且第三推桿鉸接點(431A)與造波板第二鉸接點(112)重合； 第四執行器(44)上設有第四推桿(441)，第四推桿(441)通過第四推桿鉸接點(441A)與第三造波板(13)的下部鉸接。
5.根據權利要求2所述的垂向多板造波機，其特征在于，所述的執行器(4)包括由上往下設置的第一執行器(41)、第二執行器(42)、第三執行器(43)、第四執行器(44);第一執行器(41)通過支架第一鉸接點(71)與支架鉸接，第二執行器(42)通過支架第二鉸接點(72)與支架鉸接，第三執行器(43)通過剛結點(74)與支架剛性連接，第四執行器(44)通過剛結點(75)與支架剛性連接。
6.根據權利要求5所述的垂向多板造波機，其特征在于，所述的第一執行器(41)上設有第一推桿(411)，第一推桿(411)通過第一推桿鉸接點(411A)與第一造波板(11)的中部絞接； 第二執行器(42)上設有第二推桿(421)，第二推桿(421)通過第二推桿鉸接點(421A)與第二造波板(12)的中部鉸接； 第三執行器(43 )上設有第三推桿(431)，第三推桿(431)通過第三推桿鉸接點(43IA)與第三造波板(13)的中部鉸接； 第四執行器(44)上設有第四推桿(441)，第四推桿(441)通過第四推桿鉸接點(441A)與第三造波板(13)的下部鉸接。
7.根據權利要求1所述的垂向多板造波機，其特征在于，所述的液壓站(2)與執行器(4)連接處設有伺服閥(5)，計算機控制系統(6)與伺服閥(5)電連接。
8.根據權利要求3或5或7所述的垂向多板造波機，其特征在于，所述的伺服閥(5)包括由上往下設置的第一伺服閥(51)、第二伺服閥(52)、第三伺服閥(53)和第四伺服閥(54)，第一伺服閥(51)與第一執行器(41)連接，第二伺服閥(52)與第二執行器(42)連接，第三伺服閥(53)與第三執行器`(43)連接，第四伺服閥(54)與第四執行器(44)連接。
【文檔編號】E02B1/02GK103528794SQ201310519701
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月29日 優先權日:2013年10月29日
【發明者】詹杰民, 蘇煒, 陳志涯, 唐靈, 羅瑩瑩, 趙陶, 胡文清, 李德釗 申請人:中山大學