摇板造波机规则波模拟性能测试

转阀控制式造波实验台的设计与实验李硕;刘毅;王涛;蒋澎【摘要】设计了一种推板与摇板两用的造波机械机构,在电液转阀控制技术基础上,完成了实验平台的设计,搭建出转阀控制式液压造波实验平台,并在水槽中进行了造波实验.结果表明,该造波试验台达到了目标波高的实验,易于生成各种形式的波浪,不同的造波形式丰富了造波实验的过程,让学生更深入地了解造波实验,有助于学生理解波浪产生的机理.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2018(037)009【总页数】5页(P57-61)【关键词】转阀控制;液压系统;造波实验【作者】李硕;刘毅;王涛;蒋澎【作者单位】安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南232001;浙江大学宁波理工学院,浙江宁波315100;浙江大学宁波理工学院,浙江宁波315100;安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南232001;浙江大学宁波理工学院,浙江宁波315100【正文语种】中文【中图分类】TV131.60 引言目前进行波浪模拟教学与研究，船舶水动力性能研究以及海岸工程海洋工程等领域的研究越来越受到重视[1]，其中造波仪器在各种研究与教学中都处于十分重要的位置[2]。

造波机由控制系统、驱动系统和推波板等组成，在控制系统的作用下，驱动系统带动推波板按照一定的规律运动，推波板推动水体，进而形成各种形式的模拟水波浪，用于研究波浪对行船、码头、及堤坝等水中建筑物的作用[3-4]。

由于水池中的实验需要动用大型设备和较多的实验人员，导致波浪生成研究能耗大，用时长，效率低，不方便进行研究和实验[5-6]。

因此,如何建立控制简单的造波试验台是解决上述问题的关键。

本文基于电液转阀控制技术[7-10]设计了一种推板和摇板造波集成的液压造波平台[11]，并根据造波机设计参数的实验要求，设计了造波机构以及液压系统，完成了试验台的液压元件的设计和选型，并成功搭建了液压造波实验平台，用于水动力学研究与教学。

1 实验台的工作原理1.1 造波机械结构原理造波机构在水槽宽0.6 m、高0.9 m、长12 m的水槽中工作，因此造波板设计尺寸为长1.1 m、宽0.6 m，并设计与其配合使用的连杆滑块等。

波浪水槽综合实验一、实验目的：1、了解波浪水槽实验的基本原理和理论基础：包括基本造波方法、波浪理论、相似理论和近岸波浪传播现象2、了解造波机、浪高仪的基本构成和测量原理。

3、 通过实验采集一组波浪信号，分析波浪频谱特征4、 观测海堤附近波浪现象和越浪形态。

二、实验原理：1.造波方法和基本波浪理论自由表面重力波是船舶工程、海洋工程和海岸工程领域十分普遍的现象，配备造波机的波浪水槽是模拟波浪与二维结构物相互作用的常用实验设备。

通过给定造波信号由液压泵或步进电机控制推板运动，在波浪水槽中产生特定波列。

距离造波板2-3个波长外可以略去局部非传播模态的影响，可认为水槽中为行进波。

在水槽中通过浪高仪可以测量水槽中不同位置的波面时间过程线。

水槽中常用测力天平和压力传感器测量水动力载荷。

水槽末端设置多孔介质构成的消波区，消除反射波。

图1 波浪水槽示意图2.相似原理自由表面重力波的恢复力是重力，进行以重力为主要作用的流动实验通常采用重力相似准则或傅汝德数相似，其定义为/Fr v =，其中为流速，L 为特征长度，为重力加速度。

v g 波浪断面模型实验一般按重力相似准则设计。

若取几何比尺/2L p m L L 0λ==，有关物理模型比尺如下：时间比尺： 4.47t λ==速度比尺：4.47v λ==重度比尺： 38000WL λλ==单宽流量比尺：89.44Q λ==式中为工程原型长度，为模型长度。

pL mL 风速模拟通常按重力相似，风速测点位于测量断面上方中心。

3 近岸波浪现象3.1 线性波浪理论在平底均匀水深域中，根据势流理论波浪呈周期性分布。

单色行波波浪参数包括波浪周期T ，波长L ，波高H 和水深h ，如图2所示。

周期、波长和水深满足色散关系，对于线性波浪其表达式为，，其中波浪圆频率2tanh gk kh ω=2/T ωπ=，波数2/k L π=。

波高水深比为小量的波浪称为小振幅波，可用线性波浪理论描述，见图3。

Advances in Marine Sciences 海洋科学前沿, 2019, 6(4), 117-127Published Online December 2019 in Hans. /journal/amshttps:///10.12677/ams.2019.64013Current Situation and Development Trendof Active Absorption Wave-Making Systemfor WavemakerYiping Ni1,2, Yugang Li1,21Deepwater Engineering Research Center, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning2State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian LiaoningReceived: Oct. 28th, 2019; accepted: Nov. 13th, 2019; published: Nov. 20th, 2019AbstractIn the field of marine engineering, people often use the method of physical model test to research in basin or tank. In the experiments, wavemaker is the core of the realization of wave simulation based equipment, but the wave-making system tends to produce secondary reflection that is ad-verse for experiments. So the reflected wave needs to be absorbed. There are two kinds of wave absorption methods—passive and active wave absorption. At present active wave absorption be-comes the mainstream in the wave absorption technique. On the basis of comprehensive analysis of the present situation of domestic and international test basin and wave-making technology, combined with the needs of engineering practice, this paper points out the existing problems of active wave absorption method, and summarizes the wave absorption technique of wavemaker.KeywordsWavemaker, Active Wave Absorption, Irregular Wave造波机主动消波系统现状与发展趋势倪艺萍1,2，李玉刚1,21大连理工大学，深海工程研究中心，辽宁大连2大连理工大学，海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连收稿日期：2019年10月28日；录用日期：2019年11月13日；发布日期：2019年11月20日倪艺萍，李玉刚摘 要在海洋工程领域中，常采用在水池或水槽等设施中进行物理模型试验的方法研究问题。

推板式造波机的参数计算一、推板式造波机基本参数确定推板式造波机利用电机驱动推波板做活塞运动，进而使水体产生波动。

波高由推波板的行程和速度决定，波长由往复运动的频率决定。

其结构示意图如图示，L为波长，H为波高，h为水深，A为行程的一半。

其中推板式造波机所需提前确定的基础参数有：水池长度：L，最大水深：h，推板的高度：H，推板的宽度：d，推板的厚度：bmax二、推板式造波机参数计算基本流程图中各参数意义：T 为规则波的周期，h 为水深，ｍ为造波机运动结构的质量，ｄ为单元推波板的宽度，L 为波长，k 为波数，Hb 为最大破碎波高，Kn 、Ma 、Da 为中间变量，Smax 为最大行程，Vmax 最大速率，Fmax 为单元最大负载力，Pmax 为单元最大负载功率。

（备注：造波的波周期：考虑到我国沿海海域波浪的平均周期S Ta 0.70.2-=，设模型与原型重力相似，Froude 数相同，取比例因子10=λ，则模型试验拟造波的波周期λTaT =，即取S T 2.2-6.0=）三、推板式造波机参数计算具体步骤（1）、符号的意义h ：水深；T ：波周期；d ：推波板宽；m ：推波板质量；L ：波长；H:行进波的波高S:行推波板运动行程Smax ：推波板最大行程；Vmax ：推波板最大速度；Hmax ：最大波高；k:波数;A:行进波的波高与推波板运动行程s 的比值为A ，其被称为造波机系统的水动力传递函数。

（2）、计算公式给定h 和T1) 计算波长L:L =gT 22π×tanh (kℎ) (1) 式中：k =2πL (2)式中双曲正切函数：tanh (x )=sinh (x)cosh (x)=e x −e −xe x +e −x式中:−1≤tanh (x )≤1 (3)2)计算最大波高Hmax 和水动力函数A:计算由波的破碎决定的最大波高Hmax ：H max =0.142Ltanℎ(kℎ) (4) 计算水动力函数A ：Sinℎ(x )=e x −e −x A =H =4Sinℎ2(kℎ)() (5)3)计算最大行程Smax ：S max =H max A(6)4）计算最大运动速度Vmax ：ω=2πTV max =ωS max 2(7)5）计算单元最大负载力Fmax造波机工作时，推板做来回往复直线运动，其位移、速度、加速度公式如下:位移：x =12S max Sinωt速度：v =12ωS max Cosωt加速度：a =−12ω2S max Sinωt利用势函数理论计算负载力F (t )=(m +2Ma ×d )a +2Da ×d ×v +R f=−12ω2S max Sinωt (m +2Ma ×d )+Da ×d ×ωS max Cosωt +R f =Fa (t )+Fi (t )+Fp (t )+R f（备注：式中m 为造波机运动结构的质量，Ma 、Da 为中间参数，d 为单元推波板的宽度，ω等于2ΠT ，S max 为最大行程，R f 为造波机的摩擦阻力，由于采用伺服电机驱动滚珠丝杠带动推波板的往复直线运动，该摩擦阻力可近似为零。

船模拖曳水池实验室工程设计研究唐勇;徐猛;李华梅;黄凌寅;徐剑【摘要】本文在总结中船九院公司诸多水池工程案例的基础上,梳理了船模拖曳水池实验室的设计思路,比较完整阐述了该类型水池工程设计的特点,包括水池主尺度、水工结构工程、建筑结构工程、主要工艺系统等,最后通过工程案例介绍了拖曳水池的建设规模和投资估算的确定方法.【期刊名称】《造船技术》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】6页(P69-74)【关键词】拖曳水池;主尺度;船模长度;建设规模;投资估算【作者】唐勇;徐猛;李华梅;黄凌寅;徐剑【作者单位】中船第九设计研究院工程有限公司,上海 200063;上海海洋工程和船厂水工特种工程技术研究中心,上海 200063;中船第九设计研究院工程有限公司,上海 200063;中船第九设计研究院工程有限公司,上海 200063;上海海洋工程和船厂水工特种工程技术研究中心,上海 200063;中船第九设计研究院工程有限公司,上海200063;中船第九设计研究院工程有限公司,上海 200063【正文语种】中文【中图分类】U661Investment estimation船模拖曳水池是进行各种民用及军用船舶模型快速性及部分耐波性试验的专业设施，可进行阻力、敞水、流线、伴流场等试验内容，并预报实船航行性能，也可以进行水面地效应飞行试验、水下航行试验、大型船模高速拖曳试验等，是船舶与海洋工程领域最基础、最重要的科研设施。

船模拖曳水池实验室包括试验水池、模型安装调试区域、仪器控制及数据采集区域、公用动力区域等部分，其建设规模及造价主要由水池主尺度、水工结构工程、建筑结构工程、主要工艺系统等因素控制。

1.1 水池主尺度拖曳水池是一个永久性建筑物，一旦建成以后，除了长度有可能接长外，水池宽度和深度是无法改变的，所以在决定主尺度时，考虑到目前使用及今后可能的发展趋势，其主要尺度取决于缩尺比和船模大小的选择。

1.1.1 试验水池长度现代试验水池多采用等速度方法进行阻力测试，它的使用范围广泛，且便于采用新的试验技术。

造波机技术要求一、简述用途（项目建设或仪器设备使用的总体描述）水动力学实验的一种设备，是用船舶模型试验方法来了解船舶及海洋建筑物的运动、航速、推进功率及其他性能的试验水池，船模试验水池实验室是我校教育部航运仿真工程研究中心的重要组成部分，它的建成不但将大大提升我们的科研实力，对航运仿真工程研究中心的建设将起到非常大的促进作用，而且可以满足教学实验, 为学生教学、科研实验创造条件。

水池长22m，宽11m，深 2.0m 的试验基坑；其中地面以下深1m，地面以上高1m；坑内四周砌墙，坑底面浇注0.3m 钢筋混凝土；在墙壁的各面涂抹防水涂料防止渗漏。

海洋工程水池可模拟风浪流等各种海洋环境条件，是中国技术功能比较完备的水池。

水池主尺度为20m ×10m×2m，主要装备的试验设施和仪器设备有造波系统、消波系统、造流系统、造风系统、水深调节系统、拖车系统及海洋工程实验研究的各种仪器设备。

可以模拟风，浪，流等各种海洋环境。

可进行水上水下运载器受力分析和计算以及六自由度数学模型的研究。

可以在现有试验系统上添加各类测量传感器，投放至无线信号覆盖范围内的任意位置进行物理量的测量，满足未来复杂多变的测量需求。

二、设备清单三、拟定的技术要求及技术方案及功能要求湿背铰链拍打规则波、不规则波、随机长纹波或短纹波波造机，可调消波装置。

造波系统需提供波浪发生控制软件，控制软件与现有的拖车系统、消波系统、造风系统、造流系统和水深调节系统相关联和匹配，使测试最佳化。

（1）造波系统配有一套多推板组合大功率液压造波机，能产生规则波或不规则波的长峰波，最大波高可达0.5m。

（2）消波系统在造波机的对岸设置消波滩，借以吸收波能而防止产生反射波。

造波系统采用双边布置的蛇形摇板式多单元造波机，可在水池中产生各种规则波和长峰或短峰不规则波；在造波机对岸设消波滩。

造风系统安装在水池拖车底部能360度旋转，最大风速达7m/s，能在水池中产生任意方向的定常风或非定常风；水深调节系统由大假底和深井假底组成，大假底通过自升拉降功能，可在0～2m水深区间内任意调节，深井假底的工作水深可在0～3m间任意调节。

LNG船舶码头系泊动力响应模型试验研究欧勇，单鼎隆（中国港湾工程有限责任公司，北京 100027）摘要：为准确评估开敞式LNG码头在设计船型和海况下的作业可靠性，本文基于物理模型试验对某LNG项目的船舶系泊动力响应进行分析，并根据试验结果评估系泊方案的可行性。

研究结果表明：在设计海况作用下，当波浪呈30 °入射时，2万m3 LNG船舶横摇运动量不满足PIANC推荐值要求，17.5万m3 LNG船舶在艉顺风作用下，纵移运动量超过PIANC推荐值；在缆力方面，17.5万m3 LNG船舶在11 s周期顺浪叠加艉顺风作用时，艏倒缆不满足系泊安全条件，因此艏艉倒缆应视安全储备需求增加一定数量。

关键词：LNG；系泊；运动量；系缆力；撞击力中图分类号：U661.3 文献标识码：A 文章编号：2097-3519（2024）02-0001-05DOI: 10.16403/ki.ggjs20240201Experimental Study on Dynamic Response of LNG Ship on Berth by UsingPhysics ModelOu Yong, Shan Dinglong( China Harbour Engineering Company Ltd., Beijing 100027, China )Abstract: In order to accurately evaluate the operation status of an open LNG berth under the design ship type and sea conditions, the dynamic response caused by ship mooring is analyzed by using physics model based on a LNG project, which may verify the mooring plan applicable or not. The results show that the rolling motion of a ship accommodating for 20 000 m3 LNG does not reach the recommended value by PIANC subject to 30 ° incidence angle of wave under the design sea condition. However, the longitudinal motion of a ship for 175 000 m3 LNG is higher the above recommended value under the action of stern downwind. By considering ship mooring force, ship bow inverted cable does not satisfy safe mooring requirements subject to a 175 000 m3 LNG ship under the condition of 11 s period of wave following combined with stern downwind. Therefore, the inverted cables at ship bow and stern shall be increased by a certain amount according to the safety reserve.Key words: LNG; berthing; quantity of motion; mooring force; impact force引言作为港口工程中的新兴专业码头，液化天然气码头发展迅速。