水槽造波機試驗設(shè)備是用于在實驗室水槽中模擬各種波浪條件的裝置，以下將從其類型、結(jié)構(gòu)組成、工作原理等維度展開介紹：

• 類型

• 推板式造波機：通過動力驅(qū)動推波板做平行運動或繞底部鉸接點擺動，推動水體產(chǎn)生波浪。平行運動適合產(chǎn)生淺水波，擺動則適合產(chǎn)生深水波。可以通過改變電機轉(zhuǎn)速和曲柄半徑，產(chǎn)生不同周期和振幅的規(guī)則波；通過電腦控制和伺服系統(tǒng)，也能產(chǎn)生不規(guī)則波。

• 搖板式造波機：通常由一塊或多塊搖板組成，搖板繞固定軸做往復擺動，帶動水體形成波浪。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，造波效率較高，能夠產(chǎn)生較大波高的波浪，常用于船舶耐波性試驗等。

• 氣壓式造波機：利用壓縮空氣或真空泵在水槽一端形成壓力差，使水面產(chǎn)生波動形成波浪。其優(yōu)點是可以產(chǎn)生較長波長的波浪，且波面較為平穩(wěn)，但造波頻率相對較低，設(shè)備體積較大。

• 吸收式造波機：不僅可以產(chǎn)生波浪，還能吸收波浪，減少波浪在水槽端部的反射，提高造波精度和試驗效果。它通過控制水槽兩端的水流進出，產(chǎn)生符合波浪行進時的流體速度分布，從而在水槽中形成穩(wěn)定波浪，有效降低了反射波的干擾。

• 結(jié)構(gòu)組成

• 動力系統(tǒng)：為造波機提供動力，常見的有電機驅(qū)動和液壓驅(qū)動兩種方式。電機驅(qū)動具有動態(tài)性能好、維護成本低等優(yōu)點，交流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)已成為主要發(fā)展方向；液壓驅(qū)動則具有較大的驅(qū)動力，適用于大型造波機。

• 傳動系統(tǒng)：將動力系統(tǒng)的動力傳遞給造波板或其他執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)造波運動。常見的傳動方式有曲柄連桿機構(gòu)、絲杠螺母機構(gòu)、鏈條傳動機構(gòu)等。

• 造波板：直接與水體接觸，通過自身的運動推動水體產(chǎn)生波浪。造波板的形狀、尺寸和運動方式會影響波浪的形態(tài)和特性。

• 控制系統(tǒng)：是造波機的核心部分，負責控制造波機的運行參數(shù)，如波高、周期、波形等。控制系統(tǒng)通常由上位機、下位機、運動控制器、功率驅(qū)動設(shè)備等組成，通過編程和算法實現(xiàn)對造波過程的精確控制。

• 傳感器系統(tǒng)：用于測量波浪的參數(shù)，如波高、周期、波長等，以及造波機的運行狀態(tài)，如造波板的位置、速度等。傳感器系統(tǒng)包括浪高傳感儀組、A/D 轉(zhuǎn)換器、光電編碼器等，將測量數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)控制，提高造波精度。

• 工作原理

• 規(guī)則波生成原理：對于推板式造波機，當電機以恒定速度轉(zhuǎn)動時，通過曲柄連桿機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為推波板的往復直線運動。如果推波板的運動規(guī)律符合正弦或余弦函數(shù)，那么在水槽中就會產(chǎn)生規(guī)則的正弦波或余弦波。通過改變電機的轉(zhuǎn)速和曲柄半徑，可以調(diào)整推波板的運動速度和幅度，從而改變波浪的周期和波高。

• 不規(guī)則波生成原理：首先需要根據(jù)試驗要求確定目標波譜，如 JONSWAP 譜、Pierson-Moskowitz 譜等。然后，控制系統(tǒng)根據(jù)目標波譜生成一系列隨機的波幅和相位數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)化為造波板的運動控制信號。造波板在這些控制信號的驅(qū)動下做復雜的往復運動，從而在水槽中產(chǎn)生符合目標波譜的不規(guī)則波。