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原文传递 L型造波机造波信号生成方法、装置和L型造波机

专利名称：	L型造波机造波信号生成方法、装置和L型造波机
摘要：	本发明提供了一种L型造波机造波信号生成方法、装置和L型造波机，属于实验室波浪的物理模拟技术领域。本发明提供的L型造波机造波信号生成方法、装置和L型造波机，利用全域内的目标波浪信息，直接求解运动连轴运动离散方程，得到计算造波信号。不同于传统的线性解析解方法，该方法是一种时域内数值微分方法，完全考虑波浪的非线性，无须在频域内求解复杂的水动力传递函数，有效提高了模拟精度和效率，减少了造波板运动过程中的不协调现象，大幅简化了程序，增加了波浪物理模拟的稳定性和实效性。在造波机结构上，将两边相接处设置成圆弧过渡段，从而保证了波浪空间分布的连续性和均匀性，有效避免了无效波浪区的形成。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	交通运输部天津水运工程科学研究所
发明人：	阳志文;张华庆;解鸣晓;李鑫;肖辉;王海申;吴明阳
专利状态：	有效
申请日期：	2017-10-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201710990304.0
公开号：	CN109695221A
代理机构：	北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	唐维虎
分类号：	E02B1/02(2006.01);E;E02;E02B;E02B1
申请人地址：	300450 天津市塘沽区新港二号路37号
主权项：	1.一种L型造波机造波信号生成方法，其特征在于，所述L型造波机包括沿储水装置相邻的两条边设置的直线段分段造波单元，以及连接两直线段分段造波单元的圆弧过渡段分段造波单元；所述直线段分段造波单元和所述圆弧过渡段分段造波单元均由多块造波板连接构成，相邻造波板之间通过运动连轴连接；所述运动连轴在驱动力作用下沿造波板连线的法线方向作往复运动；所述方法包括：根据L型造波机的现场平面布置形式，建立初始状态坐标系，确定每个所述运动连轴在所述初始状态坐标系中的初始位置；根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定全域内目标波浪的波面表达式；所述全域包括用于生成波浪的物理波浪域和由所述物理波浪域反向延伸得到的虚拟波浪域；根据所述目标波浪的波面表达式和用户输入的目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处各个运动连轴位置的波浪信息；所述各个运动连轴位置的波浪信息包括各个运动连轴位置的水深平均速度；根据所述波浪信息，通过求解运动连轴的运动离散方程，得到相应的造波信号；输出所述造波信号，以控制所述L型造波机对波浪进行物理模拟。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定每个所述运动连轴在所述初始状态坐标系中的初始位置的步骤，包括：分别针对两个直线段分段造波单元和圆弧过渡段分段造波单元确定各个运动连轴在所述初始状态坐标系中的初始位置。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定全域内目标波浪的波面表达式的步骤，包括：当所述目标波浪类型为线性规则波时，目标波浪的波面表达式为：其中，η(x,y,t)为波面方程，H为用户输入的目标波浪参数中的波高，k为根据用户输入的目标波浪参数确定的目标波浪的波数，ω为根据用户输入的目标波浪参数确定的圆频率，x、y分别为目标波浪的波面的x坐标和y坐标，θ为目标波浪相对于x轴的波向角。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定全域内目标波浪的波面表达式的步骤，包括：当所述目标波浪类型为线性不规则波时，目标波浪的波面表达式为：其中，η(x,y,t)为波面方程，N为根据用户输入的目标波浪参数确定的目标不规则波的组成波的数量，am为根据用户输入的目标波浪参数确定的各组成波的幅值，km为根据用户输入的目标波浪参数确定的各组成波的波数，ωm为根据用户输入的目标波浪参数确定的目标不规则波的各组成频率，εm为随机相位，是[0,2π]内均匀分布的随机数，x、y分别为目标波浪的波面的x坐标和y坐标，θ为目标波浪相对于x轴的波向角。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述波浪信息，通过求解运动连轴的运动离散方程，得到相应的造波信号的步骤，包括：采用数值离散方法对预先设定的运动连轴运动微分方程进行离散，得到各个运动连轴的运动离散方程；根据设定的初始条件和边界条件，结合运动连轴的运动离散方程，得到各个运动连轴相应的造波信号。 6.一种L型造波机造波信号生成装置，其特征在于，所述L型造波机包括沿储水装置相邻的两条边设置的直线段分段造波单元，以及连接两直线段分段造波单元的圆弧过渡段分段造波单元；所述直线段分段造波单元和所述圆弧过渡段分段造波单元均由多块造波板连接构成，相邻造波板之间通过运动连轴连接；所述运动连轴在驱动力作用下沿造波板连线的法线方向作往复运动；所述装置包括：坐标确定模块，用于根据L型造波机的现场平面布置形式，建立初始状态坐标系，确定每个所述运动连轴在所述初始状态坐标系中的初始位置；波面确定模块，用于根据用户输入的目标波浪类型和目标波浪参数，确定全域内目标波浪的波面表达式；所述全域包括用于生成波浪的物理波浪域和由所述物理波浪域反向延伸得到的虚拟波浪域；波浪信息确定模块，用于根据所述目标波浪的波面表达式和用户输入的目标波浪参数，确定虚拟波浪域与物理波浪域交界处各个运动连轴位置的波浪信息；所述各个运动连轴位置的波浪信息包括各个运动连轴位置的水深平均速度；造波信号生成模块，用于根据所述波浪信息，通过求解各个运动连轴的运动离散方程，得到相应的造波信号；造波信号输出模块，用于输出所述造波信号，以控制所述L型造波机对波浪进行物理模拟。 7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述坐标确定模块，还用于：分别针对两个直线段分段造波单元和圆弧过渡段分段造波单元确定各个运动连轴在所述初始状态坐标系中的初始位置。 8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述波面确定模块，还用于：当所述目标波浪类型为线性规则波时，目标波浪的波面表达式为：其中，η(x,y,t)为波面方程，H为用户输入的目标波浪参数中的波高，k为根据用户输入的目标波浪参数确定的目标波浪的波数，ω为根据用户输入的目标波浪参数确定的圆频率，x、y分别为目标波浪的波面的x坐标和y坐标，θ为目标波浪相对于x轴的波向角；当所述目标波浪类型为线性不规则波时，目标波浪的波面表达式为：其中，η(x,y,t)为波面方程，N为根据用户输入的目标波浪参数确定的目标不规则波的组成波的数量，am为根据用户输入的目标波浪参数确定的各组成波的幅值，km为根据用户输入的目标波浪参数确定的各组成波的波数，ωm为根据用户输入的目标波浪参数确定的目标不规则波的各组成频率，εm为随机相位，是[0,2π]内均匀分布的随机数，x、y分别为目标波浪的波面的x坐标和y坐标，θ为目标波浪相对于x轴的波向角。 9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述造波信号生成模块，还用于：采用数值离散方法对预先设定的运动连轴运动微分方程进行离散，得到各个运动连轴的运动离散方程；根据设定的初始条件和边界条件，结合运动连轴的运动离散方程，得到各个运动连轴相应的造波信号。 10.一种L型造波机，其特征在于，包括沿储水装置相邻的两条边设置的直线段分段造波单元，以及连接两直线段分段造波单元的圆弧过渡段分段造波单元；所述直线段分段造波单元和所述圆弧过渡段分段造波单元均由多块造波板连接构成，相邻造波板之间通过运动连轴连接；每个运动连轴都与驱动电机连接，在所述驱动电机的驱动力作用下沿造波板连线的法线方向作往复运动；所述造波机还包括处理器和存储器，所述存储器和所述驱动电机均与所述处理器连接；所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令，以通过权利要求1至7任一项所述的方法，控制所述驱动电机驱动所述运动连轴和造波板运动，进行波浪的物理模拟。
所属类别：	发明专利