摇板造波机规则波模拟性能测试

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⑸。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: 00〜12: 00）和下午（13: 00〜18: 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0.6〜2.5s，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，生成波浪的波高误差小于3%。能够满足物理模型试验的要求。

试验前，应参考造波机模拟规则波时的上述特性设计好模型并选择合理的比尺，以充分发挥造波机的效能，从而保证物理模型试验的质量和效率。