RU2165370C2

RU2165370C2 - Method of reproduction of irregular waves in experimental basin

Info

Publication number: RU2165370C2
Application number: RU99112412/28A
Authority: RU
Inventors: С.Л. Ивановский; А.П. Савельев
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт им. акад. А.Н. Крылова
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2001-04-20

Abstract

FIELD: experimental hydrodynamics; reproduction of irregular waves in experimental basin with the aid of wave generator. SUBSTANCE: proposed method consists in synthesis of harmonic components according to preset wave energy spectrum. Harmonic components of simulated waves are preset in turn at generation of waves by wave generator. These harmonic components are preset in random order in time at constant amplitude of oscillation of wave- generating body. EFFECT: improved quality of experiments due to generation of irregular waves of considerable duration through simplification of control of wave generator; reduced labor consumption. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области средств проведения гидродинамических испытаний с помощью технических средств и касается вопроса моделирования нерегулярного волнения в опытовом бассейне. The invention relates to the field of means of conducting hydrodynamic tests using technical means and relates to the issue of modeling irregular waves in the experimental pool.

Известен способ генерации нерегулярного волнения путем подбора в различной комбинации большого числа синусных составляющих на основе спектральной модели морского волнения (см. Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Справочник по статике и динамике корабля. Т. 2, Л.: Судостроение, 1975, с. 140). Недостатком такого способа является необходимость сложного оборудования для изменения амплитуды колебания волнообразующего тела механического волнопродуктора. Кроме того, в силу большой инерционности механических волнопродукторов, нет возможности воспроизведения нерегулярного волнения хорошего качества. A known method of generating irregular waves by selecting, in various combinations, a large number of sinus components based on a spectral model of sea waves (see Blagoveshchensky S.N., Kholodilin A.N. Ship Statics and Dynamics Reference. T. 2, L .: Shipbuilding, 1975, p. 140). The disadvantage of this method is the need for sophisticated equipment to change the amplitude of the oscillation of a wave-forming body of a mechanical wave producer. In addition, due to the large inertia of the mechanical wave products, it is not possible to reproduce irregular waves of good quality.

Известен также способ воспроизведения нерегулярного волнения, когда гармонические составляющие задают последовательно в порядке уменьшения частот; гармонические составляющие характеризуются амплитудой и частотой волны, (Авторское свидетельство СССР, 1051399, G 01 M 10/00) - принят за прототип. Однако такой способ обладает следующими недостатками:
реализация процесса волнения получается кратковременной, что не позволяет проводить испытания на моделях больших размеров;
волнение с заданными параметрами получается только в определенной точке, что исключает испытания движущихся моделей;
требуется время на смену амплитуды колебания волнообразующего тела, что не позволяет его использовать на механических волнопродукторах секционного типа с ручной сменой амплитуды колебания волнообразующего тела, так как процесс смены амплитуды занимает продолжительное время.There is also a known method of reproducing irregular waves when the harmonic components are set sequentially in order of decreasing frequency; harmonic components are characterized by the amplitude and frequency of the wave, (USSR Author's Certificate, 1051399, G 01 M 10/00) - adopted as a prototype. However, this method has the following disadvantages:
the implementation of the process of excitement turns out to be short-term, which does not allow testing on models of large sizes;
excitement with given parameters is obtained only at a certain point, which excludes testing of moving models;
it takes time to change the amplitude of the oscillation of the wave-forming body, which does not allow it to be used on mechanical wave products of the section type with manual change of the amplitude of the oscillation of the wave-forming body, since the process of changing the amplitude takes a long time.

Задачей изобретения является повышение качества экспериментов, проводимых в опытовых бассейнах, за счет получения нерегулярного волнения большой продолжительности путем упрощения схемы управления волнопродуктором, а также уменьшение трудоемкости эксперимента. The objective of the invention is to improve the quality of experiments conducted in experimental pools, by obtaining irregular waves of long duration by simplifying the control circuit of the wave producer, as well as reducing the complexity of the experiment.

Для достижения указанного технического результата в известном способе воспроизведения нерегулярных волн в опытовом бассейне путем синтеза гармонических составляющих по заданному энергетическому спектру волнения, задаваемых поочередно при генерации волн волнопродуктором, гармонические составляющие задаются в случайном порядке во времени при постоянной амплитуде колебания волнообразующего тела. Случайный характер реализации обеспечивается распределением гармонических составляющих в соответствии с законом равной вероятности. To achieve the specified technical result in the known method of reproducing irregular waves in a test pool by synthesizing harmonic components from a given wave energy spectrum, which are specified alternately during wave generation by a wave producer, harmonic components are set in a random order in time with a constant oscillation amplitude of the wave-forming body. The random nature of the implementation is ensured by the distribution of harmonic components in accordance with the law of equal probability.

Задание гармонических составляющих моделируемого волнения в случайном порядке обеспечивает
возможность получения реализации волнения большой продолжительности, что позволяет проводить испытания на моделях большого размера;
возможность получения нерегулярного волнения с заданными характеристиками по длине рабочего участка бассейна, что позволяет проводить испытания движущихся моделей;
упрощение схемы управления волнопродуктором за счет отсутствия необходимости изменения амплитуды колебания волнообразующего тела в процессе генерации нерегулярного волнения.The assignment of harmonic components of the simulated wave in a random order provides
the possibility of obtaining the realization of waves of long duration, which allows testing on models of large size;
the possibility of obtaining irregular waves with desired characteristics along the length of the working section of the pool, which allows testing of moving models;
a simplification of the wave producer control scheme due to the absence of the need to change the amplitude of the oscillation of the wave-forming body in the process of generating irregular waves.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Задают энергетический спектр волнения и продолжительность процесса генерации волнения T. Определяют энергетический спектр колебаний волнообразующего тела S с учетом амплитудно-частотной характеристики волнопродуктора. Моделируемый энергетический спектр колебаний волнообразующего тела разбивают на n частей с интервалом Δω . Моделируемый процесс разбивают на такое же число гармонических составляющих, имеющих определенную частоту и продолжительность. The essence of the proposed method is as follows. The energy spectrum of the wave and the duration of the process of generating the wave T are set. The energy spectrum of the vibrations of the wave-forming body S is determined taking into account the amplitude-frequency characteristics of the wave producer. The simulated energy spectrum of the vibrations of a wave-forming body is divided into n parts with an interval Δω. The simulated process is divided into the same number of harmonic components having a certain frequency and duration.

Продолжительность работы волнопродуктора на определенной частоте пропорциональна спектральной энергии на данной частоте, которая определяется по формуле
E_i = S_i Δω,
где E_i - энергия, соответствующая частоте ω_i; S_i - значение спектральной плотности, соответствующее частоте ω_i; Δω = ω_i- ω_i-1; i ∈ (1;n).The duration of the wave product at a certain frequency is proportional to the spectral energy at a given frequency, which is determined by the formula
E _i = S _i Δω,
where E _i is the energy corresponding to the frequency ω _i ; S _i is the spectral density value corresponding to the frequency ω _i ; Δω = ω _i - ω _i-1 ; i ∈ (1; n).

Соотношение продолжительности участков стационарной частоты и энергии на разных частотах выглядит следующем образом:

при этом должны соблюдаться следующие условия:

= T - заданная продолжительность процесса,

= D - дисперсия процесса.The ratio of the duration of the sections of the stationary frequency and energy at different frequencies is as follows:

the following conditions must be observed:

= T is the given duration of the process,

= D is the variance of the process.

Затем составляющие, имеющие частоты ω_i и продолжительности t_i, задают в случайном порядке.Then, the components having frequencies ω _i and duration t _i are set in a random order.

Амплитуда колебания волнообразующего тела ε, постоянная в течение всего времени генерации нерегулярного волнения, определяется из следующего соотношения:
ε = (2·D)^0.5.The oscillation amplitude of the wave-forming body ε, constant throughout the entire time of the generation of irregular waves, is determined from the following relation:
ε = (2D) ^0.5 .

После этого генерируют в бассейне волны волнопродуктором. After that, waves are generated in the pool by the wave producer.

В процессе генерации амплитуда генерируемых волнопродуктором волн меняется в зависимости от частоты при постоянной амплитуде колебания волнообразующего тела вследствие того, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) волнопродуктора не является постоянной в зависимости от частоты. During generation, the amplitude of the waves generated by the wave producer varies depending on the frequency with a constant amplitude of the oscillation of the wave-forming body due to the fact that the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the wave producer is not constant depending on the frequency.

На фиг. 1 приведен спектр получаемого по предлагаемому способу волнения, на фиг. 2 - АЧХ волнопродуктора. In FIG. 1 shows the spectrum obtained by the proposed method of excitement, in FIG. 2 - frequency response of the wave producer.

Из кривых фиг. 1 и фиг. 2 видно, что при постоянной амплитуде колебания волнообразующего тела ε амплитуды генерируемых волн меняются от малых на низких частотах до больших на средних и опять малых на высоких частотах, что полностью соответствует спектральной теории морского волнения. From the curves of FIG. 1 and FIG. 2 it can be seen that at a constant amplitude of the oscillation of the wave-forming body ε, the amplitudes of the generated waves vary from small at low frequencies to large at medium and again small at high frequencies, which fully corresponds to the spectral theory of sea waves.

При необходимости изменение формы воспроизводимого спектра волнения производят путем изменения продолжительности гармонических составляющих, а изменение высоты спектра (дисперсии процесса) производят путем изменения амплитуды колебания волнообразующего тела, которое осуществляют перед началом генерации нерегулярного волнения. If necessary, changing the shape of the reproduced wave spectrum is done by changing the duration of the harmonic components, and changing the height of the spectrum (process dispersion) is done by changing the amplitude of the wave-like body, which is carried out before the generation of irregular waves.

Применение данного способа позволяет получить нерегулярное волнение высокого качества на волнопродукторе любого типа, упростить схему управления механическими волнопродукторами нерегулярного волнения, переоборудовать существующие волнопродукторы регулярного волнения для генерации нерегулярного волнения без значительных материальных затрат, а также повысить надежность и качество мореходного эксперимента на нерегулярном волнении. The application of this method allows to obtain high-quality irregular waves on any type of wave producer, simplify the control scheme of mechanical waves of irregular waves, convert existing existing wave producers of regular waves to generate irregular waves without significant material costs, and also improve the reliability and quality of the seaworthy experiment on irregular waves.

Claims

A method for reproducing irregular waves in an experimental pool by synthesizing harmonic components from a given wave energy spectrum, which are specified alternately during wave generation by a wave producer, characterized in that the harmonic components of the modeled wave are set in random order in time with a constant amplitude of oscillation of the wave-forming body.