Способ воспроизведения нерегулярных волн в опытовом бассейне

 

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике и касается технологии воспроизведения нерегулярного волнения в опытовом бассейне с помощью волнопродукторов. Способ воспроизведения нерегулярных волн в опытовом бассейне заключается в синтезе гармонических составляющих по заданному энергетическому спектру волнения. Гармонические составляющие моделируемого волнения задают поочередно при генерации волн волнопродуктором. Эти гармонические составляющие задают в случайном порядке во времени при постоянной амплитуде колебания волнообразующего тела. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении качества экспериментов, проводимых в опытовых бассейнах, за счет получения нерегулярного волнения большой продолжительности путем упрощения схемы управления волнопродуктором, а также в уменьшении трудоемкости эксперимента. 2 ил.

Изобретение относится к области средств проведения гидродинамических испытаний с помощью технических средств и касается вопроса моделирования нерегулярного волнения в опытовом бассейне.

Известен способ генерации нерегулярного волнения путем подбора в различной комбинации большого числа синусных составляющих на основе спектральной модели морского волнения (см. Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Справочник по статике и динамике корабля. Т. 2, Л.: Судостроение, 1975, с. 140). Недостатком такого способа является необходимость сложного оборудования для изменения амплитуды колебания волнообразующего тела механического волнопродуктора. Кроме того, в силу большой инерционности механических волнопродукторов, нет возможности воспроизведения нерегулярного волнения хорошего качества.

Известен также способ воспроизведения нерегулярного волнения, когда гармонические составляющие задают последовательно в порядке уменьшения частот; гармонические составляющие характеризуются амплитудой и частотой волны, (Авторское свидетельство СССР, 1051399, G 01 M 10/00) - принят за прототип. Однако такой способ обладает следующими недостатками: реализация процесса волнения получается кратковременной, что не позволяет проводить испытания на моделях больших размеров; волнение с заданными параметрами получается только в определенной точке, что исключает испытания движущихся моделей; требуется время на смену амплитуды колебания волнообразующего тела, что не позволяет его использовать на механических волнопродукторах секционного типа с ручной сменой амплитуды колебания волнообразующего тела, так как процесс смены амплитуды занимает продолжительное время.

Задачей изобретения является повышение качества экспериментов, проводимых в опытовых бассейнах, за счет получения нерегулярного волнения большой продолжительности путем упрощения схемы управления волнопродуктором, а также уменьшение трудоемкости эксперимента.

Для достижения указанного технического результата в известном способе воспроизведения нерегулярных волн в опытовом бассейне путем синтеза гармонических составляющих по заданному энергетическому спектру волнения, задаваемых поочередно при генерации волн волнопродуктором, гармонические составляющие задаются в случайном порядке во времени при постоянной амплитуде колебания волнообразующего тела. Случайный характер реализации обеспечивается распределением гармонических составляющих в соответствии с законом равной вероятности.

Задание гармонических составляющих моделируемого волнения в случайном порядке обеспечивает возможность получения реализации волнения большой продолжительности, что позволяет проводить испытания на моделях большого размера; возможность получения нерегулярного волнения с заданными характеристиками по длине рабочего участка бассейна, что позволяет проводить испытания движущихся моделей; упрощение схемы управления волнопродуктором за счет отсутствия необходимости изменения амплитуды колебания волнообразующего тела в процессе генерации нерегулярного волнения.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Задают энергетический спектр волнения и продолжительность процесса генерации волнения T. Определяют энергетический спектр колебаний волнообразующего тела S с учетом амплитудно-частотной характеристики волнопродуктора. Моделируемый энергетический спектр колебаний волнообразующего тела разбивают на n частей с интервалом Δω . Моделируемый процесс разбивают на такое же число гармонических составляющих, имеющих определенную частоту и продолжительность.

Продолжительность работы волнопродуктора на определенной частоте пропорциональна спектральной энергии на данной частоте, которая определяется по формуле E_i = S_i Δω, где E_i - энергия, соответствующая частоте ω_i; S_i - значение спектральной плотности, соответствующее частоте ω_i; Δω = ω_i- ω_i-1; i ∈ (1;n).

Соотношение продолжительности участков стационарной частоты и энергии на разных частотах выглядит следующем образом:
при этом должны соблюдаться следующие условия:
= T - заданная продолжительность процесса,
= D - дисперсия процесса.

Затем составляющие, имеющие частоты ω_i и продолжительности t_i, задают в случайном порядке.

Амплитуда колебания волнообразующего тела ε, постоянная в течение всего времени генерации нерегулярного волнения, определяется из следующего соотношения:
ε = (2·D)^0.5.

После этого генерируют в бассейне волны волнопродуктором.

В процессе генерации амплитуда генерируемых волнопродуктором волн меняется в зависимости от частоты при постоянной амплитуде колебания волнообразующего тела вследствие того, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) волнопродуктора не является постоянной в зависимости от частоты.

На фиг. 1 приведен спектр получаемого по предлагаемому способу волнения, на фиг. 2 - АЧХ волнопродуктора.

Из кривых фиг. 1 и фиг. 2 видно, что при постоянной амплитуде колебания волнообразующего тела ε амплитуды генерируемых волн меняются от малых на низких частотах до больших на средних и опять малых на высоких частотах, что полностью соответствует спектральной теории морского волнения.

При необходимости изменение формы воспроизводимого спектра волнения производят путем изменения продолжительности гармонических составляющих, а изменение высоты спектра (дисперсии процесса) производят путем изменения амплитуды колебания волнообразующего тела, которое осуществляют перед началом генерации нерегулярного волнения.

Применение данного способа позволяет получить нерегулярное волнение высокого качества на волнопродукторе любого типа, упростить схему управления механическими волнопродукторами нерегулярного волнения, переоборудовать существующие волнопродукторы регулярного волнения для генерации нерегулярного волнения без значительных материальных затрат, а также повысить надежность и качество мореходного эксперимента на нерегулярном волнении.

Формула изобретения

Способ воспроизведения нерегулярных волн в опытовом бассейне путем синтеза гармонических составляющих по заданному энергетическому спектру волнения, задаваемых поочередно при генерации волн волнопродуктором, отличающийся тем, что гармонические составляющие моделируемого волнения задают в случайном порядке во времени при постоянной амплитуде колебания волнообразующего тела.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2