二級(jí)多面轉(zhuǎn)閥控制式造波機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究

造波機(jī)是實(shí)現(xiàn)造波模擬的核心基礎(chǔ)裝備。針對(duì)現(xiàn)有造波機(jī)在一定頻率范圍下振幅保持和精確控制等方面的問(wèn)題，提出轉(zhuǎn)閥控制式推板和搖板的造波方法，以實(shí)現(xiàn)造波頻率和振幅的控制。建立了轉(zhuǎn)閥控制式推板和搖板造波的理論模型，研究了轉(zhuǎn)閥控制式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與閥口結(jié)構(gòu)的關(guān)系，獲得了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中不同閥口形狀下轉(zhuǎn)閥的靜動(dòng)態(tài)特性，研究了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)對(duì)規(guī)則波波形的影響，提出了轉(zhuǎn)閥控制式規(guī)則波的生成方法。研究結(jié)果表明：轉(zhuǎn)閥控制式造波系統(tǒng)能夠較好的調(diào)節(jié)和提高推板的振幅，從而造出更高的波浪，易于調(diào)試生成各種所需的規(guī)則波浪。建立了轉(zhuǎn)閥控制式推板和搖板的脈沖波生成模型，研究了主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)、控制參數(shù)與脈沖波的關(guān)系，提出了轉(zhuǎn)閥控制式推板和搖板的脈沖波生成方法。研究結(jié)果表明：轉(zhuǎn)閥控制式推板和搖板造波系統(tǒng)都能夠?qū)崿F(xiàn)波幅在確定推板頻率下進(jìn)一步提高，且易于疊加生成脈沖波浪；脈沖波波幅的大小取決于系統(tǒng)中的閥口軸向開(kāi)度和供油壓力的控制，且閥口軸向開(kāi)度和供油壓力設(shè)定越大，脈沖波波幅越高。建立了轉(zhuǎn)閥控制式白噪聲波造波的理論模型，提出了轉(zhuǎn)閥控制式白噪聲波生成方法。研究結(jié)果證明：采用簡(jiǎn)單的波浪疊加方法即可實(shí)現(xiàn)白噪聲不規(guī)則波，從而能夠替代以往逐次進(jìn)行規(guī)則波試驗(yàn)的方法，快速準(zhǔn)確的確定模型的響應(yīng)函數(shù)。研制了轉(zhuǎn)閥控制式推板和搖板造波實(shí)驗(yàn)臺(tái)，分別開(kāi)展了規(guī)則波浪、脈沖波浪和白噪聲波浪的生成實(shí)驗(yàn)。研究了造波系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)、控制參數(shù)與各種波形的關(guān)系，驗(yàn)證了所提出的轉(zhuǎn)閥控制式造波的生成方法和模型。上述基礎(chǔ)研究成果為研制大功率造波系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)，所述的方法可滿足工程水池對(duì)于更高能量的規(guī)則波浪的模擬要求，更大功率脈沖波浪與白噪聲不規(guī)則波浪模擬技術(shù)的研究實(shí)現(xiàn)，對(duì)于提高我國(guó)大型海洋工程水池的試驗(yàn)水平，保障我國(guó)海洋工程平臺(tái)及裝備在危險(xiǎn)海況中生存與可靠運(yùn)行具有重要的意義。

高頻寬和高振幅的控制決定著造波基礎(chǔ)試驗(yàn)的水平，并且在一定頻率范圍內(nèi)保持恒定的波幅控制是進(jìn)一步準(zhǔn)確模擬高能量波浪的關(guān)鍵。針對(duì)現(xiàn)有的造波機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高能量脈沖波和白噪聲波的問(wèn)題，在前期單級(jí)轉(zhuǎn)閥成功應(yīng)用于大功率可變頻振動(dòng)裝備的研究基礎(chǔ)上，提出基于波浪波形的閥口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和旋轉(zhuǎn)控制方法、二級(jí)多面轉(zhuǎn)閥閥組組合控制方法；研究二級(jí)多面轉(zhuǎn)閥控制式造波機(jī)理及實(shí)驗(yàn)方法；揭示模擬波浪波形與閥口結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)控制的關(guān)系；研究不規(guī)則波的組合控制機(jī)理；揭示脈沖波和白噪聲波所對(duì)應(yīng)閥組的控制關(guān)系及修正規(guī)律。預(yù)期成果不僅有利于完善不規(guī)則波浪模擬的理論體系和實(shí)驗(yàn)方法，而且對(duì)于提高我國(guó)大型海洋工程水池的試驗(yàn)水平，增強(qiáng)我國(guó)船舶和海洋工程平臺(tái)在惡劣海況中的生存與工作能力，具有重要的科學(xué)意義和工程價(jià)值。

熱聲熱機(jī)利用熱聲效應(yīng)可以直接實(shí)現(xiàn)熱能和聲能之間的相互轉(zhuǎn)換，是一種完全沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件的新型熱機(jī)，具有廣泛的應(yīng)用前景?；谛胁ɑ蝰v波機(jī)制的熱聲熱機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的兩種熱聲熱機(jī)。但是實(shí)際熱聲熱機(jī)內(nèi)的聲場(chǎng)并不是理想的駐波或行波，而是行波成分和駐波成分按比例沿程分布的復(fù)雜聲場(chǎng)。本研究將在聲學(xué)波動(dòng)理論的基礎(chǔ)上，建立線性熱聲理論的行駐波分解模型；分析行波分量和駐波分量對(duì)回?zé)崞鳠崧曓D(zhuǎn)換的貢獻(xiàn)和耗散，建立行駐波聲場(chǎng)條件下的回?zé)崞鳠崧曓D(zhuǎn)換模型；在理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，獲得指導(dǎo)實(shí)際聲場(chǎng)回?zé)崞鲀?yōu)化設(shè)計(jì)的判據(jù)參數(shù)。本研究有助于深化對(duì)熱聲能量轉(zhuǎn)換機(jī)理的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而指導(dǎo)復(fù)雜聲場(chǎng)條件下回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)和優(yōu)化，這對(duì)于開(kāi)發(fā)高效熱聲熱機(jī)具有重要的理論指導(dǎo)意義。

本研究在聲學(xué)波動(dòng)理論的基礎(chǔ)上，從基本熱聲公式出發(fā)，建立了線性熱聲理論的行駐波分解模型；分析了行波分量和駐波分量對(duì)回?zé)崞鳠崧曓D(zhuǎn)換得貢獻(xiàn)和耗散，建立了行駐波聲場(chǎng)條件下的回?zé)崞鳠崧曓D(zhuǎn)換模型，給出了聲場(chǎng)參數(shù)、回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)參數(shù)以及熱聲熱機(jī)性能參數(shù)的無(wú)因次表達(dá)式，并通過(guò)這些無(wú)因次參數(shù)的分析，提出了一種綜合優(yōu)化熱聲熱機(jī)的全新的優(yōu)化分析方法；結(jié)合回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)參數(shù)和聲場(chǎng)參數(shù)，考慮各參數(shù)之間的相互制約關(guān)系，對(duì)熱聲熱機(jī)的性能進(jìn)行了全面的優(yōu)化分析；在行駐波聲場(chǎng)的理論分析和行駐波熱聲效應(yīng)的分析基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有熱驅(qū)動(dòng)熱聲熱機(jī)的發(fā)展，提出成功并研制了一種新型的行駐波型熱聲制冷機(jī)，在輸入300W加熱量的條件下實(shí)現(xiàn)了-30°C的無(wú)負(fù)載制冷溫度，并且在0°C時(shí)可以提供40W的制冷量；本研究進(jìn)一步深化了對(duì)熱聲能量轉(zhuǎn)換機(jī)理的認(rèn)識(shí)，可用于指導(dǎo)復(fù)雜聲場(chǎng)條件下回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)和優(yōu)化，對(duì)于開(kāi)發(fā)高效熱聲熱機(jī)具有重要的理論指導(dǎo)意義。

中文名稱

積極控制式波發(fā)生器

英文名稱

wave generator of positive control

定　　義

柔輪齒圈整周變形都受到波發(fā)生器的確實(shí)控制。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科），傳動(dòng)（二級(jí)學(xué)科），齒輪傳動(dòng)（三級(jí)學(xué)科）