CN103954428A - 一种全向环形造波装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种全向环形造波装置，包括上平板、底板、垂向支撑梁、造波单元，上平板和底板均为环形，上平板的下壁以及底板的上壁上均设置支撑梁定位卡槽，垂向支撑梁的上、下两端分别插入上平板和底板的支撑梁定位卡槽中，上平板上设置舵机安装孔，所述的造波单元包括舵机、舵盘、舵机连杆、摇板，舵机安装在舵机安装孔里，舵机连接舵盘，舵盘上设置有小孔，舵机连杆的一端安装在小孔内，舵机连杆的另一端设置夹头，摇板的上部设置玻璃夹，夹头与玻璃夹相连，摇板的下端部通过铰链安装在底板上，舵机控制舵机连杆从而带动摇板沿铰链做往复运动。本发明能够生成孤立波和大波等极端波浪，更加真实的模拟复杂海洋环境。

Description

一种全向环形造波装置

技术领域

本发明涉及的是一种实验装置，具体地说是模拟全向海洋波浪的实验装置。

背景技术

波浪作为海洋环境中的重要组成部分，对港口建筑设施、船舶、海洋平台等海洋结构物有着十分重要的影响。由于真实海洋环境中波浪的不规则性和随机性，许多工程问题无法用数值算法给出精确的结果，通过模型试验来确定各种海洋结构物在波浪中的不同运动响应特性成为研究波浪作用机理的一种有效方法。在各种海洋工程试验中，造波机是进行物理模型试验中必不可少的重要试验装置，通过人为的控制造波板的运动从而生成所需的各种波浪。目前实验中所应用的波浪大都是基于线性波理论及线性波的叠加原理和波浪谱分析理论形成的。这与实际海洋中海浪的不规则性和随机性的特征严重不符。

随着控制理论和波浪模拟技术的发展，研究三维造波技术，尤其是生成三维不规则波、非线性波及极端波浪技术，更加真实地模拟海洋波浪成为一种趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供能够在水池或水槽中真实模拟全向海洋波浪的一种全向环形造波装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种全向环形造波装置，其特征是：包括上平板、底板、垂向支撑梁、造波单元，上平板和底板均为环形，上平板的下壁以及底板的上壁上均设置支撑梁定位卡槽，垂向支撑梁的上、下两端分别插入上平板和底板的支撑梁定位卡槽中，上平板上设置舵机安装孔，所述的造波单元包括舵机、舵盘、舵机连杆、摇板，舵机安装在舵机安装孔里，舵机连接舵盘，舵盘上设置有小孔，舵机连杆的一端安装在小孔内，舵机连杆的另一端设置夹头，摇板的上部设置玻璃夹，夹头与玻璃夹相连，摇板的下端部通过铰链安装在底板上，舵机控制舵机连杆从而带动摇板沿铰链做往复运动。

本发明还可以包括：

1、所述的垂向支撑梁有16个，所述的造波单元有64个，16个垂向支撑梁和64个造波单元分别沿上平板及底板的圆周均匀布置。

2、还包括底板支撑板，底板下壁上开设支撑板定位卡槽，底板支撑板上端插入支撑板定位卡槽中，所述的底板支撑板沿底板圆周均匀布置，相邻的垂向支撑梁之间有且仅有一个底板支撑板。

本发明的优势在于：本发明装置各造波单元采用摇板式造波方法，各造波单元以机座为依托呈圆形分布，各造波摇板相互组合成一个较为光顺的圆。各造波单元均能独立运动，通过控制单元输出不同的控制信号，可以使得若干造波单元相互组合，实现不同的造波运动，生成不同的波浪。

本发明结构简单，制作和操作方便，运动精度高，稳定性好，易于控制，造波能力强，能够生成各种不同全向波浪，特别是在生成三维全向孤立波方面能力突出，可以更好的满足实验对于真实海洋环境模拟的需求，具有良好的实用和市场价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为造波装置机座的结构示意图；

图4为摇板及附属装置结构示意图；

图5为舵机、舵盘及舵机连杆的结构示意图；

图6为实际造波示例。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～6，本发明所提供的一种全向环形造波装置，总体结构图如图1所示，包括控制单元、造波机组和机座三部分。控制单元属于环形造波装置的外围辅助设备，为造波机组提供动力并输出控制信号；造波机组由多组造波单元组成，各造波单元以机座为依托呈圆形分布，各造波单元采用摇板式造波方法，均能独立运动，各摇板组成一个圆形，能够生成全向三维波浪；机座部分为双层结构，整体呈圆柱型，它为各造波单元提供支撑，使造波单元呈圆形分布，从而可以生成全向波浪。

结合图1-5，本发明装置的主要组成包括：1.上平板，2.摇板，3.带夹头舵机连杆，4.舵机，5.舵机控制器，6.计算机，7.稳压直流电源，8.垂向支撑梁，9.底板支撑板，10.铰链，11.玻璃夹，12.舵盘，13.底板。

控制单元由计算机6、稳压直流电源7、舵机控制器5三部分组成。本实施例控制单元中的计算机6采用的是ThinkPad X230i笔记本电脑，CPU为Intel酷睿I3处理器，主频2.4GHz，内存容量2G。稳压直流电源7选用的是香港龙威仪器仪表有限公司生产的PS-305D型数显直流稳压电源，电源给所有舵机输出电压为5V。舵机控制器5选用的是哈尔滨奥松机器人科技有限公司生产的32路舵机控制器，由于本实施例中整个造波装置拥有64个造波单元，因此选用了两块该型舵机控制器。造波所用控制软件为舵机控制器自带的上位机软件。

如图3所示，所述机座由上平板1、垂向支撑梁8、底板13、底板支撑板9四部分组成。在本实施例中，上平板1为一大圆环，内圆半径为1000mm，外圆半径为1120mm，厚5mm。上平板1上均匀布置有舵机4安装孔和用于安装垂向支撑梁8的定位卡槽。垂向支撑梁8宽90mm，高350mm，厚5mm，梁的上端插入上平板1卡槽中，梁的下端插入底板13卡槽中，采用乳白胶粘接固定。底板13上均匀分布有垂向支撑梁8定位卡槽、用于安装底板支撑板9的定位卡槽和铰链10连接孔，底板13外圆半径为1120mm，厚5mm。

造波机组由各造波单元组成，在本发明装置实施例中共有64个造波单元。每个造波单元由摇板2、铰链10、铰支结构、舵机4、舵盘12组成，其中铰支结构由玻璃夹11和带夹头的舵机连杆3组成；如图4所示，在本实施例中，所述摇板2宽88mm，高400mm，厚3mm，摇板2顶部一侧与玻璃夹11相连，底部一侧与铰链10相连；如图5所示，舵机连杆3的夹头与玻璃夹11上的孔连接，舵机连杆3的另一边与舵盘12上的小孔相连。在本实例中舵机4均选用的是辉盛MG995型舵机，工作扭矩13KG/cm，转动角度最大180°。

本发明的全向环形造波装置工作原理简述如下：首先，根据实验需要确定各摇板所需运动幅度和频率，在舵机控制器的上位机软件中输入频率和各舵机运动幅度。随后，舵机控制器将控制舵机按照上位机软件所输参数进行运动，舵机轴带动舵盘转动，舵盘驱动舵机连杆，随后舵机连杆将使得摇板做往复摇摆运动。通过环形分布的各不同造波单元之间的组合运动，即可在水池中生成全向三维波浪。

依照上述的全向环形造波装置的设计，本实施例进行了全向环形造波实验，图6给出了周期为0.6s时的环形波浪情况，在圆心处明显形成了一个大波。

本发明设计的是一种全向环形造波装置，其特征是由控制单元、造波机组和机座三部分组成；所述造波机组由多组造波单元组成，各造波单元呈圆形分布，能够进行多种造波运动；所述机座为造波单元提供支持，使得造波机组的各造波单元连成一体；控制单元输出控制频率信号并提供动力，从而控制各造波单元运动。

所述各造波单元由摇板、铰链、铰支结构、舵机、舵盘组成，其中铰支结构由玻璃夹和带夹头的舵机连杆组成；舵机连杆的夹头与玻璃夹上的孔连接，连杆的另一边与舵盘上的小孔相连。

所述摇板呈长方形，摇板顶部一侧与玻璃夹连接，底部一侧与固定于机座下底板的铰链连接，使得摇板可以绕铰链轴转动。

所述机座主要由上平板、垂向支撑梁、底板、底板支撑板组成；上平板上均匀布置有舵机安装孔和用于安装垂向支撑梁的定位卡槽，舵机通过螺栓连接固定在舵机安装孔内，垂向支撑梁的上端插入定位卡槽中，用乳白胶固定；底板上均匀分布有垂向支撑梁定位卡槽、用于安装底板支撑板的定位卡槽和铰链连接孔，垂向支撑梁的下端插入底板上的支撑梁定位卡槽中，底板支撑板上端插入底板支撑板定位卡槽中，均采用乳白胶固定。

所述铰链一侧与机座底板相连，另一侧与摇板下端一侧相连，连接均采用螺栓连接的方式。

所述控制单元由计算机、舵机控制器、稳压直流电源组成；其中舵机控制器与计算机和舵机相连，电源与舵机相连，为其提供运动动力。舵机轴转动，从而带动舵盘旋转，进一步使得舵机连杆往复运动，并进一步带动摇板做往复运动。

Claims (3)

1.一种全向环形造波装置，其特征是：包括上平板、底板、垂向支撑梁、造波单元，上平板和底板均为环形，上平板的下壁以及底板的上壁上均设置支撑梁定位卡槽，垂向支撑梁的上、下两端分别插入上平板和底板的支撑梁定位卡槽中，上平板上设置舵机安装孔，所述的造波单元包括舵机、舵盘、舵机连杆、摇板，舵机安装在舵机安装孔里，舵机连接舵盘，舵盘上设置有小孔，舵机连杆的一端安装在小孔内，舵机连杆的另一端设置夹头，摇板的上部设置玻璃夹，夹头与玻璃夹相连，摇板的下端部通过铰链安装在底板上，舵机控制舵机连杆从而带动摇板沿铰链做往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种全向环形造波装置，其特征是：所述的垂向支撑梁有16个，所述的造波单元有64个，16个垂向支撑梁和64个造波单元分别沿上平板及底板的圆周均匀布置。

3.根据权利要求1或2所述的一种全向环形造波装置，其特征是：还包括底板支撑板，底板下壁上开设支撑板定位卡槽，底板支撑板上端插入支撑板定位卡槽中，所述的底板支撑板沿底板圆周均匀布置，相邻的垂向支撑梁之间有且仅有一个底板支撑板。