转阀控制式波浪生成方法的研究

发布时间：2020-06-05 16:51

【摘要】：造波机是海洋工程、海岸工程、船舶港口等领域中的重要基础设备。它通常使用液压驱动或电机驱动控制造波板或造波机构的运动生成波浪。在满足波浪生成时所需的大功率、高频率的要求条件下,电机驱动在重载及往复变向的情况下造波存在电机体积和转动惯量大等现象,电液伺服驱动造波存在着伺服阀在高频下流量小的弊端。在满足大功率造波的条件下,选择转阀控制式液压造波解决大功率、高频率及在一定频率下提高波浪波幅的造波问题。论文在基于转阀控制式驱动系统理论与线性造波理论的基础上,建立转阀控制式造波数学模型,将转阀的控制参数与生成的波浪参数建立联系,通过搭建的转阀控制式造波平台进行试验,通过试验数据与理论仿真数据的对比,验证转阀控制式造波技术的可行性。并在此基础上进行推板与摇板造波试验对比及波浪叠加试验。论文的主要工作如下:(1)基于转阀的结构特点和工作原理,对转阀控制式驱动系统进行数学建模,探究转阀的控制参数与液压缸位移的关系,对推摇造波机造波理论二维水力传力函数进行推导,导出推板造波与摇板造波的水利传递函数,将转阀控制式驱动系统与推摇造波理论结合,建立转阀控制式造波系统的理论数学模型,并建立Matlab/Simulink仿真模型。(2)为研究在不同系统供油压力、不同阀口开度、不同造波频率下波浪生成情况,通过搭建的转阀控制式造波试验平台,分别进行了推板造波与摇板造波试验,将试验中所采集处理的造波板位移与波浪数据与建立的仿真模型所得的数据进行研究对比,结果表明,试验所得波浪波长数据与理论相一致,误差大小在6%以下,造波板位移和波浪波幅与理论之间的误差基本上在10%以下,造波板位移误差主要来自于数学模型参数设定的误差以及造波过程试验设备带来的误差,波幅的误差主要来源于造波板位移的误差。试验结果验证了转阀控制式造波技术的可行性。(3)在推板造波与摇板造波的基础上,对推板造波与摇板造波的试验数据进行了对比分析,并且分别进行了不同造波方式、不同控制参数下的波浪叠加试验,试验的结果表明波浪叠加之后的波高与理论期望的波高接近,证实了转阀控制式生成波浪叠加的可行性。
【图文】：

1950 年，法国 Sogreah 研究所研制了世界上最早的可用于模拟斜向规则波的“蛇形造波机”[14-15]。随着研究的不断进展，越来越先进的波浪模拟水池建立。目前世界上处于领先地位的大型波浪模拟试验水池有：荷兰 Marin 水池[16-17]，巴西 Laboceano水池，德国汉堡水池 HSVA，日本国家海事研究所水池，挪威 MARINTEK 水池，韩国MOERT 水池，美国海军 MASK 水池，英国爱丁波大学 Flowave 水池等。荷兰的 Marin 水池是世界上最先进的水池之一，它拥有多种试验条件的水池，如深水拖曳水池、高速水池、浅水水池、耐波性与操纵性水池、减压波浪水池，近海水池等，其耐波性与操纵性水池长 170m，宽 40m，能够产生波高 0.45m 持续波峰时间 2秒的波浪，具有高阶波浪合成及主动吸波技术，可进行任意方向波浪的耐波性试验、静水与波浪中的行进阻力试验等；其近海水池深度可达 10.2m，可模拟多种波浪、海流和强风，进行海洋结构物、系泊固定结构物在波浪、风和海流作用下的动力定位试验；其浅水水池长 220m，宽 15.8m，，深 1.1m，可产生各种规则波与不规则波，波的周期 0.5 秒~5 秒，波向 0~180 度，波高可达 0.25m，进行多种水动力学试验。

日本港湾空港技术研究所拥有世界上先进水平的大波浪水池[18]，长 184m，宽3.5m，深 12m，由 AC 伺服电动机驱动，所造波浪周期范围为 2 秒~8 秒，所造波高最大可达 3.5m；日本国家海事研究所的深水海洋工程水池[19]，其特殊的圆形水池截面结构尺寸为直径 14m，深 5m，造波装置沿水池周向安置，所造波浪波高可达 0.5m；日本大阪大学船舶与海洋学部的圆形波浪水池 AMOEBA，直径 1.6m，具有先进的主动吸收造波技术，可在水池中模拟强非线性波[20]。我国对于波浪模拟方面的研究较与国外起步晚，国内的学者在这方面不断地进行探索研究，很多科研人员致力于造波水池的发展，开展大功率不规则大水池波浪生成的研究[21]，我国也先后建立了很多大型试验水池。中国船舶科学研究中心是我国较早开始建立大型试验水池的机构，目前拥有耐波性水池实验室、深水拖曳水池、减压拖曳水池等多个实验水池，其中耐波性波浪水池结构尺寸为长 69m，宽 46m，深 4m，规则波最大波高可达 0.5m，周期 0.5 秒~5 秒，不规则波最大波高可达 1.0m，可在任意方向生成长峰波及短峰波。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P75;P731.22

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘毅;龚国芳;杨华勇;韩冬;杨学兰;;Mechanism of electro-hydraulic exciter for new tamping device[J];Journal of Central South University;2014年02期

2 韩冬;龚国芳;刘毅;杨华勇;;液压转阀技术现状及展望[J];流体机械;2013年10期

3 刘毅;龚国芳;闵超庆;;捣固机械激振技术现状与展望[J];机械工程学报;2013年16期

4 杨洪齐;李木国;柳淑学;张群;王静;;伺服电机驱动的水槽主动吸收式造波机原理与实现[J];大连理工大学学报;2013年03期

5 李宏伟;庞永杰;孙哲;秦再白;;白噪声不规则波与聚焦波的水池模拟[J];华中科技大学学报(自然科学版);2013年01期

6 王晓;桑勇;;转阀及其在液压与气动系统中的应用研究[J];液压气动与密封;2012年07期

7 邢彤;左强;杨永帅;阮健;;液压激振技术的研究进展[J];中国机械工程;2012年03期

8 刘思;柳淑学;李金宣;俞聿修;;单向不规则波群的实验室模拟和分析[J];水道港口;2011年05期

9 李木国;刘闯;王静;张群;;大功率电机应用于造波机控制系统的可行性研究[J];中国海洋平台;2010年02期

10 阮健;李胜;裴翔;俞浙青;朱发明;;2D阀控电液激振器[J];机械工程学报;2009年11期

相关博士学位论文 前4条

1 杨洪齐;造波机主动吸收技术研究[D];大连理工大学;2016年

2 李宏伟;造波理论与方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

3 刘毅;捣固装置及其电液激振技术的研究[D];浙江大学;2013年

4 崔剑;回转直动式电液伺服阀关键技术研究[D];浙江大学;2008年

相关硕士学位论文 前3条

1 张广辉;主动吸收式水槽造波机控制系统设计[D];大连理工大学;2017年

2 熊兴;4m×1m平推式不规则波造波机的优化设计[D];天津理工大学;2013年

3 张亚群;造波机的控制及其实现[D];武汉理工大学;2007年

本文编号：2698337