二级多面转阀控制式造波机理及实验研究

Control of high frequency and high amplitude determine the technological level of wave simulation, and how to maintain a constant amplitude in a certain frequency range is the key to further simulate irregular waves of high energy. Considering the problems that wave generators are unable to achieve high energy focused wave and white noise wave, the methods of valve core design with rotary control and two stage polyhedral valve group composite control for high power wave generation are presented based on the previous research on the application for high power variable frequency vibration equipment with Single-stage rotary valve. This project will：study the theory of wave simulation and the experimental method of two stage polyhedral valve； reveal the relationship between simulated wave and valve core structure with rotary control；study the mechanism of composite control of irregular wave；reveal the controlling relationship and modification law of valves for focused wave and white noise wave. It is expected that the research achievements will not only be essential to improve the theoretical system and experimental method of irregular wave simulation, but also be very significant to enhance test level of ocean engineering basin, and guarantee work of ship and ocean engineering platform in adverse sea condition.

高频宽和高振幅的控制决定着造波基础试验的水平，并且在一定频率范围内保持恒定的波幅控制是进一步准确模拟高能量波浪的关键。针对现有的造波机无法实现高能量脉冲波和白噪声波的问题，在前期单级转阀成功应用于大功率可变频振动装备的研究基础上，提出基于波浪波形的阀口结构设计和旋转控制方法、二级多面转阀阀组组合控制方法；研究二级多面转阀控制式造波机理及实验方法；揭示模拟波浪波形与阀口结构、旋转控制的关系；研究不规则波的组合控制机理；揭示脉冲波和白噪声波所对应阀组的控制关系及修正规律。预期成果不仅有利于完善不规则波浪模拟的理论体系和实验方法，而且对于提高我国大型海洋工程水池的试验水平，增强我国船舶和海洋工程平台在恶劣海况中的生存与工作能力，具有重要的科学意义和工程价值。

造波机是实现造波模拟的核心基础装备。针对现有造波机在一定频率范围下振幅保持和精确控制等方面的问题，提出转阀控制式推板和摇板的造波方法，以实现造波频率和振幅的控制。.建立了转阀控制式推板和摇板造波的理论模型，研究了转阀控制式驱动系统与阀口结构的关系，获得了驱动系统中不同阀口形状下转阀的静动态特性，研究了驱动系统中结构参数和控制参数对规则波波形的影响，提出了转阀控制式规则波的生成方法。研究结果表明：转阀控制式造波系统能够较好的调节和提高推板的振幅，从而造出更高的波浪，易于调试生成各种所需的规则波浪。.建立了转阀控制式推板和摇板的脉冲波生成模型，研究了主要的结构参数、控制参数与脉冲波的关系，提出了转阀控制式推板和摇板的脉冲波生成方法。研究结果表明：转阀控制式推板和摇板造波系统都能够实现波幅在确定推板频率下进一步提高，且易于叠加生成脉冲波浪；脉冲波波幅的大小取决于系统中的阀口轴向开度和供油压力的控制，且阀口轴向开度和供油压力设定越大，脉冲波波幅越高。.建立了转阀控制式白噪声波造波的理论模型，提出了转阀控制式白噪声波生成方法。研究结果证明：采用简单的波浪叠加方法即可实现白噪声不规则波，从而能够替代以往逐次进行规则波试验的方法，快速准确的确定模型的响应函数。.研制了转阀控制式推板和摇板造波实验台，分别开展了规则波浪、脉冲波浪和白噪声波浪的生成实验。研究了造波系统中的结构参数、控制参数与各种波形的关系，验证了所提出的转阀控制式造波的生成方法和模型。.上述基础研究成果为研制大功率造波系统打下了基础，所述的方法可满足工程水池对于更高能量的规则波浪的模拟要求，更大功率脉冲波浪与白噪声不规则波浪模拟技术的研究实现，对于提高我国大型海洋工程水池的试验水平，保障我国海洋工程平台及装备在危险海况中生存与可靠运行具有重要的意义。