二級多面轉(zhuǎn)閥控制式造波機理及實驗研究項目摘要

高頻寬和高振幅的控制決定著造波基礎(chǔ)試驗的水平，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。針對現(xiàn)有的造波機無法實現(xiàn)高能量脈沖波和白噪聲波的問題，在前期單級轉(zhuǎn)閥成功應(yīng)用于大功率可變頻振動裝備的研究基礎(chǔ)上，提出基于波浪波形的閥口結(jié)構(gòu)設(shè)計和旋轉(zhuǎn)控制方法、二級多面轉(zhuǎn)閥閥組組合控制方法；研究二級多面轉(zhuǎn)閥控制式造波機理及實驗方法；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)則波的組合控制機理；揭示脈沖波和白噪聲波所對應(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驗方法，而且對于提高我國大型海洋工程水池的試驗水平，增強我國船舶和海洋工程平臺在惡劣海況中的生存與工作能力，具有重要的科學(xué)意義和工程價值。

造波機是實現(xiàn)造波模擬的核心基礎(chǔ)裝備。針對現(xiàn)有造波機在一定頻率范圍下振幅保持和精確控制等方面的問題，提出轉(zhuǎn)閥控制式推板和搖板的造波方法，以實現(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)動系統(tǒng)與閥口結(jié)構(gòu)的關(guān)系，獲得了驅(qū)動系統(tǒng)中不同閥口形狀下轉(zhuǎn)閥的靜動態(tài)特性，研究了驅(qū)動系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)對規(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)中的閥口軸向開度和供油壓力的控制，且閥口軸向開度和供油壓力設(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：采用簡單的波浪疊加方法即可實現(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驗臺，分別開展了規(guī)則波浪、脈沖波浪和白噪聲波浪的生成實驗。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)的研究實現(xiàn)，對于提高我國大型海洋工程水池的試驗水平，保障我國海洋工程平臺及裝備在危險海況中生存與可靠運行具有重要的意義。

熱聲熱機利用熱聲效應(yīng)可以直接實現(xiàn)熱能和聲能之間的相互轉(zhuǎn)換，是一種完全沒有運動部件的新型熱機，具有廣泛的應(yīng)用前景?；谛胁ɑ蝰v波機制的熱聲熱機是目前應(yīng)用最廣泛的兩種熱聲熱機。但是實際熱聲熱機內(nèi)的聲場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。本研究將在聲學(xué)波動理論的基礎(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回?zé)崞鳠崧曓D(zhuǎn)換的貢獻(xiàn)和耗散，建立行駐波聲場條件下的回?zé)崞鳠崧曓D(zhuǎn)換模型；在理論和實驗基礎(chǔ)上，獲得指導(dǎo)實際聲場回?zé)崞鲀?yōu)化設(shè)計的判據(jù)參數(shù)。本研究有助于深化對熱聲能量轉(zhuǎn)換機理的認(rèn)識，進(jìn)而指導(dǎo)復(fù)雜聲場條件下回?zé)崞鞯脑O(shè)計和優(yōu)化，這對于開發(fā)高效熱聲熱機具有重要的理論指導(dǎo)意義。

本研究在聲學(xué)波動理論的基礎(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回?zé)崞鳠崧曓D(zhuǎn)換得貢獻(xiàn)和耗散，建立了行駐波聲場條件下的回?zé)崞鳠崧曓D(zhuǎn)換模型，給出了聲場參數(shù)、回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)參數(shù)以及熱聲熱機性能參數(shù)的無因次表達(dá)式，并通過這些無因次參數(shù)的分析，提出了一種綜合優(yōu)化熱聲熱機的全新的優(yōu)化分析方法；結(jié)合回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)參數(shù)和聲場參數(shù)，考慮各參數(shù)之間的相互制約關(guān)系，對熱聲熱機的性能進(jìn)行了全面的優(yōu)化分析；在行駐波聲場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)動熱聲熱機的發(fā)展，提出成功并研制了一種新型的行駐波型熱聲制冷機，在輸入300W加熱量的條件下實現(xiàn)了-30°C的無負(fù)載制冷溫度，并且在0°C時可以提供40W的制冷量；本研究進(jìn)一步深化了對熱聲能量轉(zhuǎn)換機理的認(rèn)識，可用于指導(dǎo)復(fù)雜聲場條件下回?zé)崞鞯脑O(shè)計和優(yōu)化，對于開發(fā)高效熱聲熱機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)生器的確實控制。

應(yīng)用學(xué)科

機械工程（一級學(xué)科），傳動（二級學(xué)科），齒輪傳動（三級學(xué)科）