CN110174239B - L型造波机的拐角处造波的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明L型造波机的拐角处造波的方法包括：在由纵造波板、弧形造波板和横造波板所形成图中建立一个坐标系，在不同水深下，L型造波机在拐角处造波造出目标波浪的平均速度为V x 和V y ，在正弦波的一个循环周期内，选择至少50个时间点，分别计算出在上述至少50个时间点处的每个推进装置的Vx和Vy；然后利用差分法计算顺序为1、2……n的推进装置在上述正弦波的一个循环周期内至少50个时间点的推进位移，将n个推进装置在上述至少50个时间点处的推进位移输入给控制装置，控制装置分别对n个推进装置的推进位移进行控制，重复上述循环，造出行进方向与X轴的夹角为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
的0.5*d*sin(wt)目标波浪。

Description

L型造波机的拐角处造波的方法
技术领域
本发明涉及了一种L型造波机的拐角处造波的方法，特别是针对拐角处的处理与造波的方法。
背景技术
目前国内的L型造波机在对其L型拐角的处理上，由于结构的限制，在其拐角处一般选择为塞堵或者空缺未处理，即使L型造波机在对其L型拐角上，也只有X方向和/或Y方向的波纹板进行运动造波，这样会使造出来的波不连续，产生断裂，严重时无法形成所需要的波纹，而现有的方法无法解决拐角对波浪实验的影响，满足不了实验需求。
本申请针对目前国内外关于L型造波机在拐角处的造波方法缺失，提出一种拐角处造波方法。该方法不需要对水动力函数进行推导求解，根据造波板的微分运动方程进行离散变换得到目标区域的造波信号，填补了关于拐角处造波的理论空白。
在造波过程中，使用坐标系中造波单元X、Y任一边进行造波，拐角不会对造波产生影响，当同时使用造波单元X、Y进行造波时，如果不对造波单元X、Y的连接拐角处进行处理，则造波会出现衍射，破坏造波的区域。在处理拐角处的推波板运动时，需要考虑拐角处与造波单元X、Y的联动作用。
发明内容
为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：
本发明的一种L型造波机的拐角处造波的方法， L型造波机包括：纵造波板、弧形 造波板、横造波板、推进装置和控制装置，弧形造波板为连接纵造波板和横造波板的90°圆 弧的弧形造波板，它由多段抽拉式弧形造波板组成，在纵造波板和横造波板上分别布置有 若干个推进装置，在弧形造波板的两端分别布置有一个推进装置，弧形造波板的中间布置 有至少一个推进装置，控制装置分别与上述所有推进装置相连，其中：用上述L型造波机造 出行进方向与X轴的夹角为
Figure 942083DEST_PATH_IMAGE001
的0.5*d*sin(wt)目标波浪的方法包括以下步骤：
（A）、在由纵造波板、弧形造波板和横造波板所形成图中建立一个坐标系
以弧形造波板的圆心为坐标系的原点，以穿过该原点并平行于纵造波板的直线为坐标系的Y轴，以穿过原点并平行于横造波板的直线为坐标系的X轴，其中0.5*d*sin(wt)中d为正弦波的波高，w为正弦波的周期频率，与纵造波板相连的推进装置的顺序定义为1,在其后的推进装置4依次定义为2、3、4……n；
（B）、在不同水深下，L型造波机在拐角处造波造出目标波浪的平均速度V x 和V y ，该平均速度与水深h成负相关，与波高d成正相关，正弦波的平均速度方程为：
Figure 182965DEST_PATH_IMAGE002
其中k为色散系数，其单位为1/m，k由公式
Figure 872703DEST_PATH_IMAGE003
求得，xi为某个在 推进装置与弧形造波板的交点在坐标系中的X轴方向上坐标的绝对值，yi为某个在推进装 置与弧形造波板的交点在坐标系中的Y轴方向上坐标的绝对值,
Figure 334646DEST_PATH_IMAGE004
为正弦波的行进方向与X 轴的夹角，在正弦波的一个循环周期内，选择至少50个时间点，分别计算出在上述至少50个 时间点处的每个推进装置的Vx和Vy；
(C)、结合得到的平均速度方程，得到顺序为1的推进装置在某一时刻的推进位移：
Figure 477046DEST_PATH_IMAGE005
，在正弦波的一个循环周期内，计算出上述至少50个时间点处顺序为1 的推进装置的位移；
（D）、利用差分法计算顺序为2……n的推进装置在上述正弦波的一个循环周期内 至少50个时间点的推进位移，差分方程如下：
Figure 52777DEST_PATH_IMAGE006
式中，
Figure 862601DEST_PATH_IMAGE007
为 下一个顺序的推进装置的推进位移，
Figure 229866DEST_PATH_IMAGE008
为当前顺序推进装置的位移，t为时间步长，r为弧 形造波板的原始半径；
(E)、将n个推进装置在上述至少50个时间点处的推进位移输入给控制装置，控制 装置分别对n个推进装置的推进位移进行控制，重复上述循环，造出行进方向与X轴的夹角 为
Figure 328403DEST_PATH_IMAGE009
的0.5*d*sin(wt)目标波浪。
本发明的一种L型造波机的拐角处造波的方法，其中：在正弦波的一个循环周期内，选择50-100个时间点。
本发明的一种L型造波机的拐角处造波的方法，其中：在正弦波的一个循环周期内，选择50个时间点，所述的50个时间点分别为0、 1/50f、2/50f、...；1/f秒，f为正弦波的周期频率，w=2πf。
本发明的一种L型造波机的拐角处造波的方法，其中：在弧形造波板的圆弧上布置有个推进装置。
本发明的一种L型造波机的拐角处造波的方法，其中：所述弧形造波板由3-10段抽拉式弧形造波板组成。
本本方法在不需要对水动力函数进行推导求解的条件下，只根据造波板的微分运动方程进行离散变换既可以得到目标区域的造波信号，填补了关于拐角处造波的理论空白，该方法充分地考虑了拐角处造波单元X、Y的联动作用，用该方法造出正弦波与理论的正弦波的差异均小于2%，简化了计算方法，使得计算更快，达到了工程和实验的要求。
附图说明
图1为本发明L型造波机的俯向示意图，在图1中正弦波与X轴的夹角为0°；
图2为本发明L型造波机的俯向示意图，在图2中正弦波与X轴的夹角为90°；
图3为本发明L型造波机的俯向示意图，在图3中正弦波与X轴的夹角为45°；
图4为图1至图3中弧型造波板的放大示意图。
在图1至图4中，标号1为纵造波板；标号2为弧形造波板；标号3为横造波板；标号4为推进装置；标号5为控制装置。
在图1至图3中，①、②、③、④、⑤分别为顺序号为1、2、3、4、5的推进装置4。
具体实施方式
如图1和图4所示，本发明的L型造波机包括：纵造波板1、弧形造波板2、横造波板3、推进装置4和控制装置5，弧形造波板2的一侧与纵造波板1铰接，弧形造波板2的另一侧与横造波板3铰接，在纵造波板1和横造波板3上分别布置有若干个推进装置4，在弧形造波板2的两侧分别布置有推进装置4，根据需要，在弧形造波板2的圆弧上布置有三个推进装置4，弧形造波板2由多段抽拉式弧形造波板组成，如图4所示，弧形造波2由三段抽拉式弧形造波板组成，在实践中，弧形造波板2可以由3-10段抽拉式弧形造波板组成。所有推进装置4分别与控制装置5相连。
用本发明的上述L型造波机造出行进方向（如图1至图3的箭头方向）与X轴的夹角 为
Figure 442246DEST_PATH_IMAGE010
的0.5*d*sin(wt)目标波浪的方法包括以下步骤：
（A）、如图1至图3所示，在由纵造波板1、弧形造波板2和横造波板3所形成图中建立一个坐标系
以弧形造波板2的圆心为坐标系的原点，以穿过该原点并平行于纵造波板1的直线为坐标系的Y轴，以穿过原点并平行于横造波板3的直线为坐标系的X轴，其中0.5*d*sin(wt)中d为正弦波的波高，f为正弦波的周期频率，w=2πf，与纵造波板1相连的推进装置4的顺序定义为1,在其后的推进装置4依次定义为2、3、4、5；
（B）、在不同水深下，L型造波机在拐角处造波造出目标波浪的平均速度V x 和V y ，该平均速度与水深h成负相关，与波高d成正相关，正弦波的平均速度方程为：
Figure 840998DEST_PATH_IMAGE011
其中k为色散系数，其单位为1/m，k由公式
Figure 910323DEST_PATH_IMAGE012
（该公式引用于 《随机波浪及其工程应用》的第250页公式7.5.21）求得，xi为某个在推进装置4与弧形造波 板2的交点在坐标系中的X轴方向上坐标的绝对值，yi为某个在推进装置4与弧形造波板2的 交点在坐标系中的Y轴方向上坐标的绝对值,
Figure 355210DEST_PATH_IMAGE013
为正弦波的行进方向（即图1至图3中的箭头 方向）与X轴的夹角，在正弦波的一个循环周期内，选择50个时间点，分别计算出在50个时间 点处即：0、 1/50f、2/50f、...；1/f秒处的上述5个推进装置4的Vx和Vy；
(C)、结合得到的平均速度方程，得到顺序为1的推进装置4在某一时刻的推进位 移：
Figure 159829DEST_PATH_IMAGE014
，在正弦波的一个循环周期内，计算出上述至少50个时间点处顺序为 1的推进装置4的位移；
（D）、利用差分法计算顺序为2……5的推进装置4在上述正弦波的一个循环周期内 至少50个时间点的推进位移，差分方程如下：
Figure 678666DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 387734DEST_PATH_IMAGE007
为下一 个顺序的推进装置4的推进位移，
Figure 257601DEST_PATH_IMAGE008
为当前顺序推进装置4的位移，t为时间步长，r为弧形 造波板2的原始半径，根据该公式可以计算出在上述正弦波的一个循环周期内50个时间点 处，顺序为2……5的推进装置4的位移为：
Figure 713247DEST_PATH_IMAGE016
(E)、将5个推进装置4在上述50个时间点处的推进位移输入给控制装置5，控制装 置5分别对5个推进装置4的推进位移进行控制，重复上述循环，造出行进方向与X轴的夹角 为
Figure 86590DEST_PATH_IMAGE017
的0.5*d*sin(wt)目标波浪。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (5)

1.一种L型造波机的拐角处造波的方法，L型造波机包括：纵造波板(1)、弧形造波板(2)、横造波板(3)、推进装置(4)和控制装置(5)，弧形造波板(2)为连接纵造波板(1)和横造波板(3)的90°圆弧的弧形造波板，它由多段抽拉式弧形造波板组成，在纵造波板(1)和横造波板(3)上分别布置有若干个推进装置(4)，在弧形造波板(2)的两端分别布置有一个推进装置(4)，弧形造波板(2)的中间布置有至少一个推进装置(4)，控制装置(5)分别与上述所有推进装置(4)相连，其特征在于：用上述L型造波机造出行进方向与X轴的夹角为
Figure FDA0002893488860000011
的0.5*d*sin(wt)目标波浪的方法包括以下步骤：
(A)、在由纵造波板(1)、弧形造波板(2)和横造波板(3)所形成图中建立一个坐标系以弧形造波板(2)的圆心为坐标系的原点，以穿过该原点并平行于纵造波板(1)的直线为坐标系的Y轴，以穿过原点并平行于横造波板(3)的直线为坐标系的X轴，其中0.5*d*sin(wt)中d为正弦波的波高，w为正弦波的周期频率，与纵造波板(1)相连的推进装置(4)的顺序定义为1,在其后的推进装置(4)依次定义为2、3、4……n；
(B)、在不同水深下，L型造波机在拐角处造波造出目标波浪的平均速度Vx和Vy，该平均速度与水深h成负相关，与波高d成正相关，正弦波的平均速度方程为：
Figure FDA0002893488860000012
Figure FDA0002893488860000013
其中k为色散系数，其单位为1/m，k由公式w2＝gktanh(kh)求得，xi为某个在推进装置(4)与弧形造波板(2)的交点在坐标系中的X轴方向上坐标的绝对值，yi为某个在推进装置(4)与弧形造波板(2)的交点在坐标系中的Y轴方向上坐标的绝对值,
Figure FDA0002893488860000014
为正弦波的行进方向与X轴的夹角，在正弦波的一个循环周期内，选择至少50个时间点，分别计算出在上述至少50个时间点处的每个推进装置(4)的Vx和Vy；
(C)、结合得到的平均速度方程，得到顺序为1的推进装置(4)在某一时刻的推进位移：
Figure FDA0002893488860000015
在正弦波的一个循环周期内，计算出上述至少50个时间点处顺序为1的推进装置(4)的位移；
(D)、利用差分法计算顺序为2……n的推进装置(4)在上述正弦波的一个循环周期内至少50个时间点的推进位移，差分方程如下：
Figure FDA0002893488860000021
式中，Ln+1为下一个顺序的推进装置(4)的推进位移，Ln为当前顺序推进装置(4)的位移，t为时间步长，r为弧形造波板(2)的原始半径；
(E)、将n个推进装置(4)在上述至少50个时间点处的推进位移输入给控制装置(5)，控制装置(5)分别对n个推进装置(4)的推进位移进行控制，n个推进装置(4)在上述时间点处依次进行推进，重复进行推进循环，造出行进方向与X轴的夹角为
Figure FDA0002893488860000022
的0.5*d*sin(wt)目标波浪。
2.如权利要求1所述的L型造波机的拐角处造波的方法，其特征在于：在正弦波的一个循环周期内，选择50-100个时间点。
3.如权利要求2所述的L型造波机的拐角处造波的方法，其特征在于：在正弦波的一个循环周期内，选择50个时间点，所述的50个时间点分别为0、1/50f、2/50f、...；1/f秒，f为正弦波的周期频率，w＝2πf。
4.如权利要求3所述L型造波机的拐角处造波的方法，其特征在于：在弧形造波板(2)的圆弧上布置有3个推进装置(4)。
5.如权利要求4所述的L型造波机的拐角处造波的方法，其特征在于：所述弧形造波板(2)由3-10段抽拉式弧形造波板组成。
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