專利名稱：旋轉(zhuǎn)百葉門重力式內(nèi)孤立波造波機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種模擬海洋波的重要實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是涉及密度分層水槽中產(chǎn)生內(nèi)孤
立波的裝置，特別適用于橫向?qū)?、垂向深的大型水槽?nèi)模擬密度分層海洋中的大振幅內(nèi)孤 立波。
背景技術(shù)：
密度的垂向變化是海洋的重要特征，海洋內(nèi)波是發(fā)生在密度穩(wěn)定層化的海水內(nèi)部 的一種波動(dòng)，其最大振幅出現(xiàn)在海洋內(nèi)部。 一方面，海洋內(nèi)波在海洋中起著重要的動(dòng)力學(xué)作 用，對(duì)提高海洋初級(jí)生產(chǎn)力以及海洋環(huán)境和生態(tài)保護(hù)具有重要的影響；另一方面，海洋內(nèi)波 尤其是大振幅內(nèi)孤立波會(huì)對(duì)海上石油鉆探與開采設(shè)施的安全作業(yè)產(chǎn)生影響，也是威脅水下 航行器安全的重大隱患。通過在分層流試驗(yàn)水槽中模擬實(shí)際的海洋內(nèi)孤立波，測(cè)試其與模 型相互作用的特性，是目前內(nèi)孤立波及其模型實(shí)驗(yàn)研究的基本方法。試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性及 可靠性很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)室模擬的內(nèi)孤立波是否能夠準(zhǔn)確反映自然的內(nèi)孤立波。
實(shí)驗(yàn)室用于產(chǎn)生內(nèi)孤立波的裝置大致分為兩類一類是在水槽中通過直接擾動(dòng)兩 層流體密度界面的機(jī)械裝置產(chǎn)生內(nèi)孤立波，常用的機(jī)械裝置有活塞式和搖板式等。這類裝 置常用于界面清晰、尤其是互不溶混的兩種密度流體界面，其控制內(nèi)孤立波要素(如波幅 和波長(zhǎng)等)的機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。另一類是利用置于水槽一端的"隔門"兩側(cè)形成的流體密度 界面落差，通過機(jī)械裝置將"隔門"瞬間開啟，由密度界面高度落差的重力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生內(nèi)孤立 波，常用的機(jī)械裝置有提升閘門式、巻簾門式和槽拉門式等。這類裝置主要優(yōu)點(diǎn)是控制原理 簡(jiǎn)單、且不受兩種流體介質(zhì)界面溶混與否限制，故應(yīng)用較為廣泛。后一類裝置的主要問題是 當(dāng)水槽寬度和深度尺寸變大時(shí)，設(shè)計(jì)相應(yīng)尺寸"隔門"的瞬間開啟機(jī)構(gòu)變大，由于水槽通常 由玻璃材料建造，導(dǎo)致安全性變差；又由于"隔門"的尺寸變大，其瞬間開啟時(shí)的運(yùn)動(dòng)幅度變 大，加劇了對(duì)水體的擾動(dòng)，導(dǎo)致內(nèi)孤立波的造波質(zhì)量受到直接影響，以致影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為克服大型分層流試驗(yàn)水槽中相互溶混界面內(nèi)孤立波造波機(jī)體積 大、安全性差，以及造波質(zhì)量不易控制等不足，同時(shí)遵循結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、操作安全便利的原則，本 發(fā)明提出并試制成功一種新型內(nèi)孤立波造波裝置-旋轉(zhuǎn)百葉門重力式內(nèi)波造波裝置。這種 造波裝置的"隔門"瞬間開啟機(jī)構(gòu)不僅大小得到有效控制，而且瞬間開啟快，對(duì)水體擾動(dòng)小， 操作安全便利，能提供較理想質(zhì)量的內(nèi)孤立波造波。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是旋轉(zhuǎn)百葉門重力式內(nèi)孤立波造波 裝置，由百葉門、聯(lián)動(dòng)控制組成；百葉門由若干細(xì)長(zhǎng)薄型不銹鋼葉片組成，每塊葉片可同步 瞬間旋轉(zhuǎn)開啟和閉合，根據(jù)分層流水槽橫截面實(shí)際大小和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制確定葉片的數(shù) 量和尺寸規(guī)格，取百葉門葉片數(shù)目為n(如n = 18， 一般10-30之間)，單葉片長(zhǎng)度為L(zhǎng)(如 L = 600mm，一般300-1000mm)、寬度為D (如D = 70mm， 一般40-100mm)、厚度為d(如d = 1.7mm)、葉片間距為l(如1 = 6mm，一般4-10mm)，全部葉片構(gòu)成的"隔門"采用重疊方式排列，閉合時(shí)重疊部分具有良好的密封性；百葉門的高度低于液面以保持頂部的溢流通道，閉 合時(shí)即形成新型內(nèi)波造波裝置的"隔門"；單塊葉片的設(shè)計(jì)寬度越小，開啟時(shí)旋轉(zhuǎn)的阻力就 越小，對(duì)水體的擾動(dòng)也就越小。 聯(lián)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)由聯(lián)桿滑塊、滑動(dòng)導(dǎo)軌、汽缸和汽泵組成。每塊不銹鋼葉片與上下軸 鉚接，所有葉片的上軸與對(duì)應(yīng)上軸的聯(lián)桿滑塊的一端相接，所有聯(lián)桿滑塊均繞對(duì)應(yīng)的葉片 上軸旋轉(zhuǎn)，所有聯(lián)桿滑塊的另一端與汽缸活塞桿連接，聯(lián)桿滑塊在滑動(dòng)導(dǎo)軌上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 氣缸活塞由汽泵提供氣源驅(qū)動(dòng)。汽缸活塞帶動(dòng)活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)聯(lián)桿滑塊運(yùn)動(dòng)，并 帶動(dòng)18塊葉片的上軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)90。度，實(shí)現(xiàn)百葉門的同步開啟和閉合。簡(jiǎn)而言之，即通過 將葉片與可在直線導(dǎo)軌上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊連接，采用氣動(dòng)換向閥的操作方式，以壓縮空 氣為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)氣缸活塞，由活塞連接桿帶動(dòng)滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使葉片旋轉(zhuǎn)90。度，實(shí)現(xiàn)百葉門 的同步"瞬時(shí)"開啟和閉合。 另設(shè)有縱移軌道機(jī)構(gòu)，由安裝在分層流水槽長(zhǎng)度方向兩側(cè)的直線導(dǎo)軌、滾珠絲桿 和兩臺(tái)蝸輪蝸桿減速器組成，兩臺(tái)蝸輪蝸桿減速器串行聯(lián)接，并聯(lián)接滾珠絲桿和直線導(dǎo)軌 驅(qū)動(dòng)百葉門與聯(lián)動(dòng)控制箱沿直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，其向前和向后運(yùn)動(dòng)由方向搖柄或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 蝸輪蝸桿完成。 本發(fā)明旋轉(zhuǎn)百葉門重力式內(nèi)孤立波造波裝置是適用于大型分層流水槽中的實(shí)驗(yàn) 設(shè)備，在利用密度落差產(chǎn)生內(nèi)孤立波的造波機(jī)構(gòu)中首次采用了旋轉(zhuǎn)百葉門形式的造波方 案，可根據(jù)水槽橫截面實(shí)際尺寸大小確定百葉門葉片的數(shù)目、寬度和長(zhǎng)度，采用閉合百葉門 沿水槽縱向移動(dòng)和頂部溢流調(diào)節(jié)水體方式實(shí)現(xiàn)界面密度落差條件，以氣動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)與聯(lián)動(dòng) 控制實(shí)現(xiàn)百葉門的同步"瞬時(shí)"開啟，由密度界面高度落差的重力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生內(nèi)孤立波。百葉 門的開啟速度和角度可根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)百葉門重力式內(nèi)孤立波造波裝置安裝 在直線導(dǎo)軌上，百葉門和聯(lián)動(dòng)控制箱組成的造波機(jī)主體安裝于沿水槽長(zhǎng)度方向鋪設(shè)的直線 導(dǎo)軌上，兩臺(tái)減速器通過串行聯(lián)結(jié)帶動(dòng)滾珠絲桿，采用方向搖柄或步進(jìn)電機(jī)控制方式實(shí)現(xiàn) 造波機(jī)主體沿水槽縱向的移動(dòng)。通過移動(dòng)閉合百門，經(jīng)頂部溢流通道調(diào)節(jié)上層流體在柵門 兩側(cè)的體積，以達(dá)到控制"擋板"兩側(cè)密度界面高度落差之目的。利用方向搖柄或步進(jìn)驅(qū)動(dòng) 的操縱方式，通過兩臺(tái)蝸輪蝸桿減速器的串行聯(lián)結(jié)帶動(dòng)直線滾珠絲桿，驅(qū)動(dòng)百葉門和控制 箱沿線性導(dǎo)軌在水槽縱向的移動(dòng)。保持兩層流體總深度高于百葉門，向前(或向后)移動(dòng) 閉合百葉門，使上層流體經(jīng)頂部溢流通道自動(dòng)調(diào)節(jié)在百葉門兩側(cè)的體積，以提升(或降低) 水槽一端兩層流體密度界面位置，形成百葉門兩側(cè)密度界面高度落差。 本發(fā)明的有益效果是，以界面密度落差產(chǎn)生內(nèi)孤立波的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)幅度大大減小， 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)對(duì)大型水槽的安全性得到可靠保證，造波質(zhì)量得到有效提高，機(jī)械裝置整體結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)單。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明裝置實(shí)際造波效果示例。 圖中，l.柵葉片，2.葉片上軸，3.葉片下軸，4.聯(lián)動(dòng)控制箱，5.聯(lián)桿滑塊，6.氣缸活塞，7.滑動(dòng)導(dǎo)軌，8.換向閥，9.蝸輪蝸桿減速器，IO.滾珠絲桿，ll.直線導(dǎo)軌，12.方向搖 柄，13.步進(jìn)電機(jī)，14.汽泵，15.玻璃水槽，16.鹽水層，17.清水層。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，每塊葉片l通過葉片上軸2、葉片下軸3與聯(lián)動(dòng)控制箱體4連接，葉片上 軸一端2與聯(lián)桿滑塊一端5連接，聯(lián)桿滑塊另一端由氣缸活塞6帶動(dòng)在滑動(dòng)導(dǎo)軌7上做往 復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向由換向閥8控制。 兩臺(tái)蝸輪蝸桿減速器9串行聯(lián)結(jié)，通過滾珠絲桿10驅(qū)動(dòng)百葉門與聯(lián)動(dòng)控制箱4沿 直線導(dǎo)軌11運(yùn)動(dòng)，其向前和向后運(yùn)動(dòng)由方向搖柄12或步進(jìn)電機(jī)13控制。
在圖2所示實(shí)施例中，第I步根據(jù)分層流水槽中實(shí)際需產(chǎn)生的內(nèi)孤立波屬性，如 下凹(上凸)、波高、波長(zhǎng)和波數(shù)目，由相關(guān)公式計(jì)算，確定百葉門的初始位置L。和水平向左 (右)移動(dòng)距離S ;第II步由換向閥8控制開啟百葉門，再由方向搖柄12或步進(jìn)電機(jī)13 控制百葉門水平移動(dòng)至初始位置；第III步由換向閥8控制關(guān)閉百葉門，再由方向搖柄12 或步進(jìn)電機(jī)13控制將百葉門水平向左(右)移動(dòng)距離S，經(jīng)頂部溢流通道調(diào)節(jié)上層流體在 百葉門兩側(cè)的體積，由此形成百葉門兩側(cè)的密度界面落差；第IV步由換向閥8控制瞬間 開啟百葉門，密度界面高度落差在重力作用下發(fā)展成下凹(上凸)型內(nèi)孤立波。
權(quán)利要求
旋轉(zhuǎn)百葉門重力式內(nèi)孤立波造波機(jī)，其特征是由百葉門、聯(lián)動(dòng)控制組成，百葉門由若干細(xì)長(zhǎng)薄型不銹鋼葉片組成，每塊葉片可同步瞬間旋轉(zhuǎn)開啟和閉合，百葉門葉片數(shù)目為n，單葉片長(zhǎng)度為L(zhǎng)、寬度為D、葉片間距為d，全部葉片構(gòu)成的“隔門”采用重疊方式排列，閉合時(shí)重疊部分具有良好的密封性；聯(lián)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)由聯(lián)桿滑塊、滑動(dòng)導(dǎo)軌、汽缸和汽泵組成，每塊不銹鋼葉片與上下軸鉚接，所有的上軸與對(duì)應(yīng)上軸的聯(lián)桿滑塊的一端相接，所有聯(lián)桿滑塊均繞對(duì)應(yīng)的葉片上軸旋轉(zhuǎn)，所有聯(lián)桿滑塊的另一端與汽缸活塞桿連接，聯(lián)桿滑塊在滑動(dòng)導(dǎo)軌上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，汽缸活塞帶動(dòng)活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)聯(lián)桿滑塊運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)葉片的上軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)90度，實(shí)現(xiàn)百葉門的同步開啟和閉合。
2. 由權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)百葉門重力式內(nèi)孤立波造波機(jī)，其特征是另設(shè)有縱移軌道 機(jī)構(gòu)，由安裝在水槽長(zhǎng)度方向兩側(cè)的直線導(dǎo)軌、滾珠絲桿和兩臺(tái)蝸輪蝸桿減速器組成，兩臺(tái) 蝸輪蝸桿減速器串行聯(lián)接，并聯(lián)接滾珠絲桿和直線導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)百葉門與聯(lián)動(dòng)控制箱沿直線導(dǎo) 軌運(yùn)動(dòng)，其向前和向后運(yùn)動(dòng)由方向搖柄或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿完成，旋轉(zhuǎn)百葉門重力式 內(nèi)孤立波造波機(jī)安裝在直線導(dǎo)軌上。
全文摘要
旋轉(zhuǎn)百葉門重力式內(nèi)孤立波造波機(jī)，由百葉門、聯(lián)動(dòng)控制組成，百葉門由若干細(xì)長(zhǎng)薄型不銹鋼葉片組成，全部葉片構(gòu)成的“隔門”采用重疊方式排列，閉合時(shí)重疊部分具有良好的密封性；聯(lián)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)由聯(lián)桿滑塊、滑動(dòng)導(dǎo)軌、汽缸和汽泵組成，每塊不銹鋼葉片與上下軸鉚接，所有的上軸與對(duì)應(yīng)上軸的聯(lián)桿滑塊的一端相接，所有聯(lián)桿滑塊均繞對(duì)應(yīng)的葉片上軸旋轉(zhuǎn)，所有聯(lián)桿滑塊的另一端與汽缸活塞桿連接，聯(lián)桿滑塊在滑動(dòng)導(dǎo)軌上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，汽缸活塞帶動(dòng)活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)聯(lián)桿滑塊運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)葉片的上軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)90度，實(shí)現(xiàn)百葉門的同步開啟和閉合。本發(fā)明以界面密度落差產(chǎn)生內(nèi)孤立波的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)幅度大大減小，造波質(zhì)量得到有效提高，機(jī)械裝置整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01M10/00GK101788377SQ20101010363
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者楊建國(guó), 王瓊?cè)A, 蘇曉冰, 魏崗 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)理學(xué)院