CN103454064B - 一种第一模态内波造波机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种第一模态内波造波机，包括底板、拍板和驱动装置，在所述底板上固定有竖向支撑，所述拍板的侧面中间铰接在所述竖向支撑上；所述竖向支撑上固定有第一轨道，所述第一轨道上具有第一滑块；所述底板上固定有第二轨道，所述第二轨道上具有第二滑块；所述拍板上具有第一连接板和第二连接板，所述第一连接板的一端与所述拍板滑动连接，另一端与所述第一滑块铰接；所述第二连接板的一端与所述拍板滑动连接，另一端与所述第二滑块铰接；所述驱动装置与所述第一滑块或者第二滑块连接。通过拍板以及第一连接板、第二连接板的运动，对水体只产生水平方向的推力，避免了对水体产生涡旋力，推动水体产生第一模态内波。

Description

一种第一模态内波造波机

技术领域

本发明涉及内波实验技术领域，尤其涉及一种第一模态内波造波机。

背景技术

海洋内波是海洋中重要的中尺度现象，它是连接大尺度到小尺度能量传输的中间环节，在整个物理海洋研究中起着重要的作用。由于观测资料的匮乏，实验室中进行内波实验成为研究内波的一种重要途径，它能将各种因素孤立起来处理，可以进行内波的生成、传播与消衰机制等的研究。

实验中内波生成的方式有很多种，常见的有采用重力塌陷、拖曳地形产生内波以及利用造波机造波等方式，而其中采用造波机造波是最方便的生成内波的方式。一般对于室内内波水槽实验来说，造波机是完成实验的重要部件。

海洋中绝大多数的内波为第一模态的内波，所以在实验室内研究海洋内波，主要是研究第一模态内波。造波机是生成内波的能量供给装置，它通过拍板的简谐机械运动生成内波。目前第一模态内波造波机一般采用仿照表面波造波机结构来设计，常见的方式为拍板摇拍式，拍板一端固定，整个拍板由电机带动，以固定端为中心左右摆动产生内波，这种造波方式既产生了第一模态波，也同时产生内孤立波。

由于拍板一端固定，在实际造波过程中，整个拍板本身是做圆弧运动，但整体对水体是水平推动的。这种圆弧运动在表面波的造波过程中，是没有影响的，因为拍板顶部是在水面上方的，不会对水体有任何影响。但是在内波造波过程中，整个拍板是位于水面以下的，导致除了在跃层附近产生预想的第一模态内波之外，在拍板做圆弧运动时由于水的补偿，会产生对水的扰动，对水体产生涡旋运动，所以最终产生的内波与实际需要的第一模态的内波有所不同。所以在进行第一模态内波实验精细化测量时，比如PIV技术测量内波的流场，或者纹影技术测量内波的密度场变化等实验，会有很强的背景干扰，同时对实验结果也有直接的影响。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种第一模态内波的造波机，通过设计拍板以及拍板上的第一连接板和第二连接板，使得对水体只产生水平方向的推力，产生第一模态内波。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种第一模态内波的造波机，包括底板、拍板和驱动装置，在所述底板上固定有竖向支撑，所述拍板的侧面中间铰接在所述竖向支撑上；所述竖向支撑上固定有第一轨道，所述第一轨道上具有第一滑块；所述底板上固定有第二轨道，所述第二轨道上具有第二滑块；所述拍板上具有第一连接板和第二连接板，所述第一连接板的一端与所述拍板滑动连接，另一端与所述第一滑块铰接；所述第二连接板的一端与所述拍板滑动连接，另一端与所述第二滑块铰接；所述驱动装置与所述第一滑块或者第二滑块连接。

进一步的，所述第一连接板下端与所述拍板上部滑动连接，所述第一连接板上端与所述第一滑块铰接；所述第二连接板上端与所述拍板下部滑动连接，所述第二连接板下端与所述第二滑块铰接。

进一步的，在所述拍板的长度方向固定有第三轨道，所述第三轨道上具有第三滑块和第四滑块，所述第一连接板下端固定在所述第三滑块上，所述第二连接板上端固定在所述第四滑块上。

进一步的，所述第一连接板和第二连接板的宽度都等于所述拍板的宽度。

进一步的，所述拍板的侧面中间具有轴孔，所述轴孔内具有轴，所述轴固定在所述竖向支撑上。

进一步的，所述轴孔和轴之间具有轴承。

进一步的，所述竖向支撑包括前挡板、后挡板和中挡板，所述第一轨道固定在所述中挡板的顶面上，所述竖向支撑还包括一个侧挡板。

进一步的，所述第二轨道设置在所述前挡板和中挡板之间的所述底板上。

进一步的，所述中挡板的下部设置有长条形的通孔，所述第二滑块上固定有固定板，所述固定板穿过所述长条形的通孔，所述固定板的另一端与所述第二连接板的下端铰接。

进一步的，所述长条形的通孔内具有胶条，所述胶条上具有密闭的开口，所述固定板位于所述开口内。

进一步的，所述第一轨道、第二轨道和第三轨道都采用直线导轨。

进一步的，所述驱动装置为电机，所述电机的转轴上连接有丝杆，所述丝杆上具有丝母座，所述丝母座与所述第二滑块固定。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明所提出的第一模态内波的造波机，产生标准第一模态内波，通过拍板的侧面中间铰接在所述竖向支撑上，使得拍板绕中间的交接点运动，同时拍板上滑动连接有第一连接板和第二连接板；并通过第一连接板和第二连接板，与第一滑块和第二滑块铰接，保证了进行水槽实验时，拍板以及第一连接板、第二连接板在水下左右摆动，第一连接板和第二连接板的铰接端始终在各自的水平面内左右摆动，所以拍板以及第一连接板、第二连接板的运动，对水体只产生水平方向的推力，避免了对水体产生涡旋力，推动水体产生第一模态内波。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1 是本发明所提出的第一模态内波的造波机的一个实施例的结构示意图；

图2是图1中去除前挡板和中挡板的中部后的主视结构示意图；

图3是图2中一个运动状态的结构示意图；

图4是图2中拍板和第一连接板、第二连接板的放大立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“前”、“中”、“后”、“左”、“右”等指示的位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参阅图1-4，是本发明所提出第一模态内波的造波机的一个实施例，一种第一模态内波的造波机，包括底板1、拍板2和驱动装置，在底板1上固定有竖向支撑3，拍板2的侧面中间铰接在竖向支撑3上；使得拍板2绕中间的铰接点运动。

竖向支撑3上固定有第一轨道4，第一轨道4上具有第一滑块41；底板1上固定有第二轨道5，第二轨道5上具有第二滑块51；拍板2上具有第一连接板21和第二连接板22，第一连接板21的一端与拍板2滑动连接，另一端与第一滑块41铰接；第二连接板22的一端与拍板2滑动连接，另一端与第二滑块51铰接。

通过设置第一连接板21和第二连接板22，使第一连接板21和第二连接板22只相对于拍板2滑动运动，因而第一连接板21和第二连接板22的运动与拍板2运动保持一致；并且第一连接板21和第二连接板22可以相对拍板2滑动，使得对水体有推动作用的拍板2、第一连接板21和第二连接板22的总体长度可以变化，使得拍板2、第一连接板21和第二连接板22整体左右摆动时，端部不做圆弧运动。通过拍板2、第一连接板21和第二连接板22一起推动水体形成第一模态内波。

通过设置第一轨道4和第二轨道5，以及第一滑块41和第二滑块51并且通过分别与第一连接板21和第二连接板22铰接，因而第一连接板21的铰接端与第一滑块41的运动相同，第二连接板22的铰接端与第二滑块51的运动相同，第一滑块41在第一轨道4上左右运动，第二滑块51在第二轨道5上左右运动；所以第一连接板21和第二连接板22的铰接端始终在各自的水平面内左右摆动，即第一连接板21和第二连接板22的端部为直线运动，也就是拍板2以及第一连接板21、第二连接板22的运动轨迹为以拍板中部的铰接点相对称的上下两个等腰三角形，所以拍板2以及第一连接板21、第二连接板22对水体只产生水平方向的推力，避免了对水体产生涡旋力，推动水体产生的标准的第一模态内波。

本实施例中，驱动装置与第二滑块51连接，驱动第二滑块51在第二轨道5上左右运动，带动第二连接板22运动，进而带动拍板2左右摆动，拍板2推动水体产生的第一模态内波；从而也带动第一连接板21运动，以及带动第一滑块41在第一轨道4上运动。第二滑块51与第一滑块41的运动方向相反。

第一连接板21和第二连接板22与拍板2一起参与对水体的推动，并且第一连接板21和第二连接板22可以看做是拍板2的可伸缩端部，所以第一连接板21和第二连接板22的宽度应该相等，这样第一连接板21和第二连接板22对水体的作用宽度与拍板对水体的作用宽度相等，进一步保证了本实施例中的造波机在水中运动时，产生的内波为标准的第一模态的内波，没有产生任何的干扰波。

参阅图2-4，为了第一连接板21和第二连接板22在运动中对水体的推动作用一致，第一连接板21和第二连接板22相对于拍板2对称设置；并且第一连接板21下端与拍板2上部滑动连接，第一连接板21上端与第一滑块41铰接；第二连接板22上端与拍板2下部滑动连接，第二连接板22下端与第二滑块51铰接。这样第一连接板21和第二连接板22只能相对于拍板2上下滑动，在运动过程中，摆动角度与拍板2保持一致，使得第一连接板21和第二连接板22的运动产生的内波，与拍板2形成的内波一致。第一连接板21上部与第一滑块41铰接；本实施例中，第一连接板21上设置有轴孔，轴孔内具有轴211，轴211可以在轴孔内转动，轴211与第一滑块41固定；第二连接板22上部与第二滑块51铰接，第二连接板22上设置有轴孔，轴孔内具有轴221，轴221可以在轴孔内转动，轴221与第二滑块51固定。

为了第一连接板21和第二连接板22与拍板2滑动顺畅，动作一致性好，在拍板2的长度方向上固定有第三轨道6，第三轨道6上具有第三滑块61和第四滑块62，第一连接板21下端固定在第三滑块61上，第二连接板22上端固定在第四滑块62上。第三滑块61和第四滑块62在第三轨道6上上下滑动，使得第一连接板21和第二连接板22相对拍板2上下运动，参见图4所示。

本实施中，竖向支撑1包括前挡板31、后挡板32、中挡板33和一个左侧的侧挡板34，第一轨道4固定在中挡板33的顶面上，参见图1所示。

其他实施例中，竖向支撑1只要起到对拍板2和第一轨道4的支撑、固定作用就可，对竖向支撑1的具体结构不作限制。例如也可以只设置中挡板33，或者设置中挡板33和后挡板32，或者设置后挡板32、中挡板33和侧挡板34。

拍板2与竖向支撑1的铰接有多种方式，本实施例中，在拍板2的侧面中间具有轴孔，也就是轴孔位于拍板2长度方向的中心，轴孔内安装有轴23，轴23的两端固定在分别中挡板33和后挡板32上。在轴孔和轴23设置有轴承24，使得拍板2运动流畅、与轴23之间的摩擦力小。

本实施例的造波机只有一个左侧的侧挡板34，右侧没有侧挡板，是因为在进行第一模态内波的实验时，需要将造波机和水槽连接，造波机位于水槽的左侧，造波机的后挡板32和中挡板33与水槽的两个侧面密封连接。水槽充水后，使得后挡板32、中挡板33和侧挡板34围成的空间内也充满了水，也就是拍板2、第一连接板21和第二连接板22都位于水中。

为了驱动装置带动第二滑块51运动时，避免对水体产生影响，将第二轨道5设置在前挡板31和中挡板33之间的底板1上。

为了第二连接板22下端与第二滑块5的铰接，在中挡板33的下部设置有长条形的通孔，在第二滑块5上固定有固定板52，固定板52穿过长条形的通孔，固定板52的另一端与所述第二连接板5的下端铰接，参见图1所示。为了长条形通孔的密封，在长条形的通孔33内具有胶条7，胶条上具有密闭的开口71，固定板52位于开口71内，参见图2所示。

本实施例中，第一轨道4、第二轨道5和第三轨道6都采用直线导轨；底板1、前挡板31、后挡板32、中挡板33、侧挡板34、拍板2都采用有机玻璃，驱动装置为电机，电机的转轴上连接有丝杆，丝杆上具有丝母座，丝母座与第二滑块51固定；通过电机转轴的转动，带动丝杆转动，从而丝母座与第二滑块51沿第二轨道5运动。

参阅图2-3，说明本实施例中第一模态内波造波机的工作过程，以第二滑块51由中部首先向右运动为例说明：

A、将造波机的后挡板32和中挡板33与水槽的两个侧面密封连接，之后水槽内充水；将丝杆与第二轨道5平行放置，将丝母座与第二滑块51固定，之后启动电机;

B、电机带动第二滑块51沿第二轨道5向右运动，从而带动第二连接板22相对于拍板2向下运动，同时拍板2下部向右移动，拍板2上部向左移动，即拍板2围绕轴23逆时针转动，从而拍板2上部向左推动水体，拍板2下部向右推动水体；拍板2上部向左运动，带动第一连接板4相对于拍板2向上运动，从而带动第一滑块41在第一轨道4上向左滑动；

C、电机带动第二滑块51电机沿第二轨道5从右侧向中部返回时，第二滑块51带动第二连接板22相对于拍板2向上运动，同时拍板2下部向左移动，拍板2上部向右移动，即拍板2围绕轴23顺时针转动，从而拍板2上部向右推动水体，拍板2下部向左推动水体；拍板2上部向右运动，带动第一连接板4相对于拍板2向下运动，从而带动第一滑块41在第一轨道4上向右滑动；

D、之后，电机带动第二滑块51从中部向左运动，以及从左侧返回，完成一个循环；

E、重复步骤B至D。

所以，通过拍板2、第一连接板21和第二连接板22的运动，在水槽内形成第一模态内波。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种第一模态内波造波机，包括底板、拍板和驱动装置，在所述底板上固定有竖向支撑，其特征在于，所述拍板的侧面中间铰接在所述竖向支撑上；所述竖向支撑上固定有第一轨道，所述第一轨道上具有第一滑块；所述底板上固定有第二轨道，所述第二轨道上具有第二滑块；所述拍板上具有第一连接板和第二连接板，所述第一连接板的一端与所述拍板滑动连接，另一端与所述第一滑块铰接；所述第二连接板的一端与所述拍板滑动连接，另一端与所述第二滑块铰接；所述驱动装置与所述第一滑块或者第二滑块连接；所述第一连接板下端与所述拍板上部滑动连接，所述第一连接板上端与所述第一滑块铰接；所述第二连接板上端与所述拍板下部滑动连接，所述第二连接板下端与所述第二滑块铰接。

2.根据权利要求1所述的第一模态内波造波机，其特征在于，在所述拍板的长度方向固定有第三轨道，所述第三轨道上具有第三滑块和第四滑块，所述第一连接板下端固定在所述第三滑块上，所述第二连接板上端固定在所述第四滑块上。

3.根据权利要求1所述的第一模态内波造波机，其特征在于，所述第一连接板和第二连接板的宽度都等于所述拍板的宽度。

4.根据权利要求1至3任一项所述的第一模态内波造波机，其特征在于，所述拍板的侧面中间具有轴孔，所述轴孔内具有轴，所述轴固定在所述竖向支撑上。

5.根据权利要求1至3任一项所述的第一模态内波造波机，其特征在于，所述竖向支撑包括前挡板、后挡板和中挡板，所述第一轨道固定在所述中挡板的顶面上，所述竖向支撑还包括一个侧挡板。

6.根据权利要求5所述的第一模态内波造波机，其特征在于，所述第二轨道设置在所述前挡板和中挡板之间的所述底板上。

7.根据权利要求6所述的第一模态内波造波机，其特征在于，所述中挡板的下部设置有长条形的通孔，所述第二滑块上固定有固定板，所述固定板穿过所述长条形的通孔，所述固定板的另一端与所述第二连接板的下端铰接。

8.根据权利要求7所述的第一模态内波造波机，其特征在于，所述长条形的通孔内具有胶条，所述胶条上具有密闭的开口，所述固定板位于所述开口内。

9.根据权利要求1至3任一项所述的第一模态内波造波机，其特征在于，所述驱动装置为电机，所述电机的转轴上连接有丝杆，所述丝杆上具有丝母座，所述丝母座与所述第二滑块固定。