摇板造波机规则波模拟性能测试

1、摇板造波机规则波模拟性能测试随着港口工程的不断发展， 物理模型试验对造波机的功能和 性能提出了越来越高的要求。 摇板造波机采用伺服电机和丝杠导 轨驱动， 通过摇板式设计有效缩小了造波机的体积， 使其安装方 便、灵活，从很大程度上提高了物理模型试验的效率。新建造波 机投入使用前必须对其性能进行测试， 以检验造波机的性能， 为 物理模型试验的设计和比尺选择提供参考。 本文对摇板造波机的 规则波模拟性能进行测试。1 造波机系统简介 1本文测试的造波机采用计算机无线远程控制， 通过运动控制 器实现对伺服电机的控制， 并由伺服电机驱动滑块导轨系统 2 ， 从而实现推波机构的运动以模拟出要求的波浪，推波板

2、总宽度18m高度0.45m，最大试验水深40cm最大摆角范围-28 28。造波机采用 380V 三相交流电供电，输出功率大，运动平 滑，响应快，维护简单方便。试验时，通过上位计算机上的控制 软件界面进行控制，操作简单方便。该造波机的工作原理如下： 造波机工作时， 在控制计算机上 输入所需的造波参数，完成造波控制信号的计算 3 ，经无线网 传输到运动控制器中， 运动控制器将造波控制信号传输到伺服驱 动器中， 由伺服驱动器控制伺服电动机的转动， 电动缸将伺服电 动机输出轴的转动转换为电动缸推杆的直线运动， 并经过杠杆机 构将运动传递到推波板使其产生摇摆运动， 推波板推水而产生波 浪4 。同时，伺服

3、驱动器的编码器经接口电路实时反馈至运动 控制器以对推波机构的运动实时监控， 如有异常， 伺服驱动器将 使伺服电机停止运动并发送报警信号至运动控制器， 再由运动控 制器将报警信号发送至控制计算机上的控制软件界面。2 试验水池及仪器布置试验水池长25m宽25m深0.6m。港池摇摆可移动式造波 机安装在水池的一端。 造波机后布置消波框， 能有效防止波浪二 次反射，水池末端设有 1： 5 的块石斜坡，以吸收多余波浪能量 。如图3所示，从造波机前6m处开始布置共12台浪高仪， 用于采集水池不同位置处的波浪数据， 浪高仪的编号和间距如图 所示。3 试验内容及结果分析结合水池深度和造波板高度，试验水深选用有

4、效水深38cm。试验波浪分为规则波。3.1 波浪时间序列的波峰线平直性图 2 给出了在水池中传播的典型规则波列 6 ，图中，横坐 标为时间（s），纵坐标为波高（cm）。由图中可以看出，波浪 时间序列的波峰线是一条直线。 本次测试试验结果均在保证规则 波形的情况下取得的。3.2 不同周期的波高最大值分布通过系列实验， 造波机在本实验水池可生成的规则波范围如图3。图中横坐标为规则波周期 T,纵坐标为对应周期下可生成 的最大稳定规则波。3.3 同一波峰线上的波面平稳度 波面的平稳度采用下式表示，平稳度越小表示波面越平稳。（式 1）式中，Si波面平稳度，一第i点的平均波高，H0-目标波 高。表 1 详

5、细列出了不同周期时最大波高情况下同一波峰线上 的波浪平稳度。其中第二排的 15#和 18#在同一波峰线上， 16# 和 17#在同一波峰线上。从表 1 可以看出，各测点在不同周期时的平稳度最大为 6.5%，造波机生成的规则波在同一波峰线上的波面大致比较平 稳，仅在两侧的边壁附近由于直墙摩擦导致波形滞后。3.4 不同时间段的造波稳定性在上午（8: 0012: 00）和下午（13: 0018: 00）两个 不同时间段，输入相同参数进行重复造波试验，每组重复 2 遍， 对比 2 次的最大误差。试验结果见表 2。可以看出，该造波机在不同时间段生成的规则波波高相差不 大；在不同时间段内两次重复试验的波高误差也相差很小， 且均 不超过 3%。因此，该造波机在不同时间段的对于规则波的造波 性能稳定，能够满足模型试验的要求 7 。4 结论该造波机能生成的规则波时间序列的波峰线平直度理想， 周期范围为0.62.5s，在周期为1.2s时可生成最大规则波波高， 最大波高为15.49cm ;规则波波形重复性良好，规则波波面平稳 度小于 6.5%；不同时间段时间生成波浪的稳定性良好，生成波 浪的波高误