JP3367890B2 - 造波装置 - Google Patents

造波装置

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JP3367890B2
JP3367890B2 JP05110098A JP5110098A JP3367890B2 JP 3367890 B2 JP3367890 B2 JP 3367890B2 JP 05110098 A JP05110098 A JP 05110098A JP 5110098 A JP5110098 A JP 5110098A JP 3367890 B2 JP3367890 B2 JP 3367890B2
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  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、造波装置に係り、
特に造波装置の駆動力連結機構に用いて好適な技術に関
する。
【0002】
【従来の技術】船舶や海洋構造物の耐波性能試験は、通
常スケールモデルを使って、試験水槽で実施される。こ
の時、造波装置を用いて水槽内に実海域の波などを発生
させており、通常、最も基本的な水槽試験は、規則波
(波の形が正弦波)にて実施している。上記の造波装置
としては、図5に示すように、造波板106の下端部を
水中に位置させて回動可能とし、該造波板106の上部
を駆動装置に連結し、その駆動力により造波板106を
揺動させることにより、波Wが発生するものが知られて
いる。この造波装置Mの概略構造を説明する。駆動用モ
ータ101には、ボールネジ102が接続され、該ボー
ルネジ102は、駆動用モータ101に回転される。該
ボールネジ102に取り付けられたリニアウエイ107
は、リニアガイド103に沿いながら運動し、ボールネ
ジ102の回転運動を直線運動に変換する。該リニアウ
エイ107には、円弧方向に稼動可能な連結ジョイント
105が設けてあり、該連結ジョイント105を介して
連結ロッド104に接続される。該連結ロッド104は
さらに、上記連結ジョイント105と同様な構造の円弧
方向に稼動可能な連結ジョイント108を介して造波板
106の上端に接続されている。該造波板106の下端
は、この造波板106が滑らかに円弧運動するような構
造のジョイント109が取付けられている。上記構造に
より、駆動モータ101の回転運動が造波板106の円
弧運動に変換される。この造波板106の円弧運動によ
り、波Wを発生させることが可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記造波装置Mにおい
ては、水槽に所望の形の波Wを発生させるが、リニアウ
エイ107の運動と造波板106の運動とが、その連結
機構上同一の運動にはならず、リニアウエイ107を正
弦波運動させても、造波板106の運動は正弦波状には
ならないという問題がある。この事実を数式を使って以
下に示す。図6は、図5におけるリニアウエイ107,
連結ロッド104,造波板106の連結機構を模式的に
表したものである。図5における造波板106の円弧運
動の支点を(x,y)座標の原点に設定し、この造波板
106の運動座標をP(x 1,y1)、リニアウエイ10
7の運動座標をR(x2,y2)とする。さらに、連結ロ
ッド104および造波板106の長さをそれぞれL,r
とする。ここで、正弦波の波を発生させるためには、造
波板106の運動座標Pを正弦波運動させる必要があ
る。すなわち、造波板106の波発生方向を表す運動座
標はx1 であるから、
【0004】
【数1】
【0005】となる。ここで,l,ω,tは正弦波運動
の振幅,角周波数,時間を表す。この時のy1 は、
【0006】
【数2】
【0007】と言う条件に拘束される。この時、R(x
2,y2)の座標を求めればリニアウエイ107の運動が
わかる。リニアウエイ107の高さ(y方向位置)もr
とすると、
【0008】
【数3】
【0009】となる。座標(x1,y1)と座標(x2
2)の拘束条件は,これらの幾何学的な関係より、
【0010】
【数4】
【0011】となる。(1),(2),(3),(4)
式を連立して解けば次のようにx2 が求まる。
【0012】
【数5】
【0013】すなわち、造波板106を正弦波運動させ
ようとすると、リニアウエイ107の運動を、(5)式
のような複雑な運動とせねばならない。従来の造波装置
Mでは、(5)式の第2項の非線系項は無視して第1項
のみで、リニアウエイ107の運動を制御していた。こ
のため、発生した波Wが正確な正弦波形として得られて
いなかった。
【0014】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、正確な波形を発生することのできる造波装置を提
供することを目的とするものである。
【0015】本発明においては上記課題を解決するため
の手段として、次のような構成を採用した。すなわち請
求項1記載の造波装置は、下端が回動可能に立設された
造波板と、該造波板を造波方向に揺動運動するための駆
動機構と、造波板と駆動機構とを連結する往復直線運動
する連結ロッドと、該連結ロッドと造波板とを接続する
フレキシブルジョイントとを有し、前記フレキシブルジ
ョイントが、前記造波板に設けられた2つの滑り溝と、
前記造波板に対して略平行に配置されるとともに前記2
つの滑り溝内部に両端をそれぞれ摺動可能に配置されて
前記連結ロッドに接続されるスライディングバーとを有
し、該連結ロッドと前記造波板との接続点が常に一定高
さに位置することを特徴とする。 また、請求項2記載の
造波装置は、下端が回動可能に立設された造波板と、該
造波板を造波方向に揺動運動するための駆動機構と、造
波板と駆動機構とを連結する往復直線運動する連結ロッ
ドと、該連結ロッドと造波板とを接続するフレキシブル
ジョイントとを有し、前記フレキシブルジョイントが、
前記造波板に設けられた2つの滑りガイドと、該2つの
滑りガイドにそれぞれ摺動可能に接続された2つの滑り
ブロックと、該2つの滑りブロックに両端をそれぞれ回
転可能に取り付けられて前記連結ロッドに接続されるア
ームバーとを有し、該連結ロッドと前記造波板との接続
点が常に一定高さに位置することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る造波装置の第
1実施形態を、図面に基づいて説明する。
【0017】図1は本発明の造波装置の一例を示すもの
で、図5に示した造波装置Mと同一の部材には同一の符
号を付し、図1において、符号Fはフレキシブルジョイ
ントであり、図2は、該フレキシブルジョイントFの詳
細図である。
【0018】造波装置は、図1に示すように、水槽中に
立設された造波板106と、該造波板106を駆動する
駆動機構Kと、これら造波板106と駆動機構Kとを連
結する連結ロッド301とを有する。造波板106は、
その下端部106aがジョイント109により回動可能
に立設され、また、造波板106の上部がフレキシブル
ジョイントFにより駆動機構Kに接続されてかつ、該造
波板106を駆動機構Kにより揺動することにより、波
Wを発生させる。
【0019】駆動機構Kは、造波方向に直線往復運動す
ることにより造波板106を駆動する。該駆動機構Kの
駆動用モータ101の回転軸には、ボールネジ102が
水平方向に基台Dに固定されている。該駆動用モータ1
01は、高精度回転制御可能な、例えばステッピングモ
ータが適用される。ボールネジ102にはリニアウエイ
107が螺合され、該リニアウエイ107は、ボールネ
ジ102と平行なリニアガイド103によりその回転運
動が規制されているため、ボールネジ102の回転運動
によりリニアウエイ107が直線運動をおこなう。該リ
ニアウエイ107には、水平方向に位置した連結ロッド
301が一体として固定される。さらに、該連結ロッド
301は、フレキシブルジョイントFを介して造波板1
06に接続されている。
【0020】フレキシブルジョイントFは、図2に示す
ように、連結ロッド301の先端に該連結ロッド301
と直交方向に取り付けられたスライディングバー302
と、造波板106に設けられた滑り溝303とを有す
る。スライディングバー302は、連結ロッド301と
一体とされ、該連結ロッド301と造波板106との接
続点Sとなっている。滑り溝303は、造波板106の
先端部106bに設けられて、ジョイント部109から
の半径方向に沿って形成される。また、滑り溝303の
内部には、スライディングバー302が摺動可能とされ
て位置し、該スライディングバー302と連結ロッド3
01とを接続可能とする接続開口部303aが滑り溝3
03に設けられる。
【0021】このような造波装置によれば、駆動機構K
の駆動モータ101を駆動して、ボールネジ102を正
・逆回転することにより、リニアウエイ107をリニア
ガイド103に沿って往復直線運動させることができ
る。この往復直線運動により、連結ロッド301が水平
状態を維持したままで往復直線運動をおこなう。該連結
ロッド301先端のスライディングバー302が、連結
ロッド301と造波板106との接続点Sとされている
ため、該接続点Sは連結ロッド301と同一の運動、つ
まり、連結ロッド301と同一平面上を往復直線運動す
る。連結ロッド301先端のスライディングバー302
は、往復直線運動をおこなうとともに、滑り溝303内
部を摺動し、このスライディングバー302の摺動によ
り、造波板106はジョイント部109を中心として揺
動運動する。この結果、駆動モータ101の回転運動が
造波板106の往復回転運動に変換され、この造波板1
06の往復回転運動により、波Wが発生する。
【0022】ここで、駆動機構Kにより駆動される造波
板160の運動を、図6に示した模式図により、数式を
使って以下に示す。ここで、図6における造波板106
の円弧運動の支点は、同様に(x,y)座標の原点とし
て設定し、この造波板106の運動座標をP(x1
1)、リニアウエイ107の運動座標をR(x2
2)とする。さらに、連結ロッド104および造波板
106の長さをそれぞれL,rとする。ここで、上述の
フレキシブルジョイントFにおいては、接続点Sを造波
板106の運動座標Pとして設定すればよい。すなわ
ち、造波板106の波発生方向を表す運動座標はx1
あり、
【0023】
【数6】
【0024】となる。ここで,l,ω,tは、それぞ
れ、正弦波運動の振幅,角周波数,時間を表す。この時
のy1 は、接続点Sが同一平面内にあるため、(2)式
のかわりに、
【0025】
【数7】
【0026】と言う条件に拘束される。この時、R(x
2,y2)の座標を求めればリニアウエイ107の運動が
わかる。リニアウエイ107の高さ(y方向位置)もr
とすると、(3)式のかわりに
【0027】
【数8】
【0028】となる。つまり、造波板106の運動座標
Pとリニアウエイ107の運動座標Rとの関係は、以上
の条件より、
【0029】
【数9】
【0030】となる。すなわち、本実施形態によれば、
造波装置で所定の波を得たい場合に、造波板106に所
定の運動をさせる際には、リニアウエイ107の運動
を、造波板106に求める運動と同様の運動とすればよ
く、駆動機構Kの制御に対して(5)式の第2項の非線
系項等の複雑な制御をおこなうことなく、正確な波の発
生が可能となる。従って、正確な正弦波形の波Wを得る
ことができる。
【0031】次に、本発明に係る造波装置の第2実施形
態を、図面に基づいて説明する。
【0032】図3および図4は本発明の造波装置の第2
実施形態を示すもので、図1および図2に示した造波装
置と同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
図3および図4に示す本実施形態において、図1および
図2に示す第1実施形態と異なる点は、フレキシブルジ
ョイントF´を設けた点である。
【0033】図3は、本実施形態における連結ロッド3
01と造波板106とを接続するフレキシブルジョイン
トF´を示す拡大図である。連結ロッド301の先端に
は、該連結ロッド301と直交するアームバー405が
接続され、アームバー405の両端には、それぞれ連結
ジョイント401が連結ロッド301と回転可能に取付
けられている。また、該連結ジョイント401には、滑
りブロック402が一体に設けられている。連結ジョイ
ント401は、図4に示すように、アームバー405の
周囲と連結ジョイント401との間には、ボールベアリ
ング501が配置されてあり、前記連結ロッド301の
運動を摩擦損失なく、前記滑りブロック402に伝える
ことが可能な構造となっている。
【0034】ここで、アームバー405は、第1実施形
態におけるスライディングバー302と同様に、連結ロ
ッド301と造波板106との接続点Sとなり、該接続
点Sは連結ロッド301と同一の運動、つまり、連結ロ
ッド301と同一平面上を往復直線運動する。造波板1
06の先端部106bには、この滑りガイド403の上
下端に、前記滑りブロック402の脱落防止用および滑
り位置規制用ののストッパー404が設けられた上下方
向に2本の滑りガイド403が上下方向に平行に設けら
れている。該2本の滑りガイド403には前記滑りブロ
ック402がそれぞれ摺動可能に接続されている。
【0035】このような造波装置においては、前述の実
施形態と同様に、駆動機構による連結ロッド301の往
復直線駆動にともなって、該連結ロッド301と一体の
アームバー405も往復直線運動をおこなう。このと
き、連結ジョイント401は、アームバー405に対し
て回転しつつ往復直線運動する。同時に、連結ジョイン
ト401は、滑りブロック402を介して、滑りガイド
403に沿って上下方向に摺動する。したがって、造波
板106は揺動運動し、波を発生させる。
【0036】この際、第1実施形態と同様に、造波装置
で所定の波を得るために、造波板106に所定の運動を
させる際には、リニアウエイの運動を、造波板106に
求める運動と同様の運動とすればよく、駆動機構Kの制
御に対して前述の(5)式の第2項の非線系項等の複雑
な制御をおこなうことなく、正確な波の発生が可能とな
る。従って、正確な正弦波形の波を得ることができる。
【0037】
【発明の効果】本発明の造波装置によれば、連結ロッド
が直線往復運動を維持でき、しかも連結ロッドと造波板
とがフレキシブルジョイントにより接続されているた
め、連結ロッドが造波板を運動させる接続点の高さを常
に一定とするように作用することにより、造波板のx方
向の運動は常にリニアウエイの運動と同一になり、リニ
アウエイの運動を正確に造波板に伝達する効果がある。
したがって、所定の波形の造波をおこなうために必要な
造波板の運動に対して、リニアウエイを同等の運動をさ
せればよい。したがって、この連結機構により、正確な
波の発生が可能となるという効果を奏することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る造波装置の第1実施形態を示す
正面図である。
【図2】 図1のフレキシブルジョイントを示す拡大斜
視図である。
【図3】 本発明に係る造波装置の第2実施形態におけ
るフレキシブルジョイントを示す斜視図である。
【図4】 図3の連結ジョイントとアームバーとを示す
断面図である。
【図5】 従来の造波装置を示す図正面図である。
【図6】 図5の連結機構を模式的に表した図である。
【符号の説明】
D…基台 F…フレキシブルジョイント K…駆動機構 W…波 101…駆動用モータ 102…ボールネジ 103…リニアガイド 106…造波板 106a…下端部 106b…上端部 107…リニアウエイ 109…ジョイント 301…連結ロッド 302…スライディングバー 303…滑り溝 303a…接続開口部 F´…フレキシブルジョイント 401…連結ジョイント 402…滑りブロック 403…滑りガイド 404…ストッパー 405…アームバー 501…ボールベアリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 10/00 F04D 35/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下端が回動可能に立設された造波板と、
    該造波板を造波方向に揺動運動するための駆動機構と、
    造波板と駆動機構とを連結する往復直線運動する連結ロ
    ッドと、該連結ロッドと造波板とを接続するフレキシブ
    ルジョイントとを有し、前記フレキシブルジョイントが、前記造波板に設けられ
    た2つの滑り溝と、前記造波板に対して略平行に配置さ
    れるとともに前記2つの滑り溝内部に両端をそれぞれ摺
    動可能に配置されて前記連結ロッドに接続されるスライ
    ディングバーとを有し、 該連結ロッドと前記造波板との接続点が常に一定高さに
    位置することを特徴とする造波装置。
  2. 【請求項2】 下端が回動可能に立設された造波板と、
    該造波板を造波方向に揺動運動するための駆動機構と、
    造波板と駆動機構とを連結する往復直線運動する連結ロ
    ッドと、該連結ロッドと造波板とを接続するフレキシブ
    ルジョイントとを有し、 前記フレキシブルジョイントが、前記造波板に設けられ
    た2つの滑りガイドと、該2つの滑りガイドにそれぞれ
    摺動可能に接続された2つの滑りブロックと、該2つの
    滑りブロックに両端をそれぞれ回転可能に取り付けられ
    て前記連結ロッドに接続されるアームバーとを有し、 該連結ロッドと前記造波板との接続点が常に一定高さに
    位置する ことを特徴とする造波装置。
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