二级多面转阀控制式造波机理及实验研究项目摘要

高频宽和高振幅的控制决定着造波基础试验的水平，并且在一定频率范围内保持恒定的波幅控制是进一步准确模拟高能量波浪的关键。针对现有的造波机无法实现高能量脉冲波和白噪声波的问题，在前期单级转阀成功应用于大功率可变频振动装备的研究基础上，提出基于波浪波形的阀口结构设计和旋转控制方法、二级多面转阀阀组组合控制方法；研究二级多面转阀控制式造波机理及实验方法；揭示模拟波浪波形与阀口结构、旋转控制的关系；研究不规则波的组合控制机理；揭示脉冲波和白噪声波所对应阀组的控制关系及修正规律。预期成果不仅有利于完善不规则波浪模拟的理论体系和实验方法，而且对于提高我国大型海洋工程水池的试验水平，增强我国船舶和海洋工程平台在恶劣海况中的生存与工作能力，具有重要的科学意义和工程价值。

造波机是实现造波模拟的核心基础装备。针对现有造波机在一定频率范围下振幅保持和精确控制等方面的问题，提出转阀控制式推板和摇板的造波方法，以实现造波频率和振幅的控制。建立了转阀控制式推板和摇板造波的理论模型，研究了转阀控制式驱动系统与阀口结构的关系，获得了驱动系统中不同阀口形状下转阀的静动态特性，研究了驱动系统中结构参数和控制参数对规则波波形的影响，提出了转阀控制式规则波的生成方法。研究结果表明：转阀控制式造波系统能够较好的调节和提高推板的振幅，从而造出更高的波浪，易于调试生成各种所需的规则波浪。建立了转阀控制式推板和摇板的脉冲波生成模型，研究了主要的结构参数、控制参数与脉冲波的关系，提出了转阀控制式推板和摇板的脉冲波生成方法。研究结果表明：转阀控制式推板和摇板造波系统都能够实现波幅在确定推板频率下进一步提高，且易于叠加生成脉冲波浪；脉冲波波幅的大小取决于系统中的阀口轴向开度和供油压力的控制，且阀口轴向开度和供油压力设定越大，脉冲波波幅越高。建立了转阀控制式白噪声波造波的理论模型，提出了转阀控制式白噪声波生成方法。研究结果证明：采用简单的波浪叠加方法即可实现白噪声不规则波，从而能够替代以往逐次进行规则波试验的方法，快速准确的确定模型的响应函数。研制了转阀控制式推板和摇板造波实验台，分别开展了规则波浪、脉冲波浪和白噪声波浪的生成实验。研究了造波系统中的结构参数、控制参数与各种波形的关系，验证了所提出的转阀控制式造波的生成方法和模型。上述基础研究成果为研制大功率造波系统打下了基础，所述的方法可满足工程水池对于更高能量的规则波浪的模拟要求，更大功率脉冲波浪与白噪声不规则波浪模拟技术的研究实现，对于提高我国大型海洋工程水池的试验水平，保障我国海洋工程平台及装备在危险海况中生存与可靠运行具有重要的意义。

热声热机利用热声效应可以直接实现热能和声能之间的相互转换，是一种完全没有运动部件的新型热机，具有广泛的应用前景。基于行波或驻波机制的热声热机是目前应用最广泛的两种热声热机。但是实际热声热机内的声场并不是理想的驻波或行波，而是行波成分和驻波成分按比例沿程分布的复杂声场。本研究将在声学波动理论的基础上，建立线性热声理论的行驻波分解模型；分析行波分量和驻波分量对回热器热声转换的贡献和耗散，建立行驻波声场条件下的回热器热声转换模型；在理论和实验基础上，获得指导实际声场回热器优化设计的判据参数。本研究有助于深化对热声能量转换机理的认识，进而指导复杂声场条件下回热器的设计和优化，这对于开发高效热声热机具有重要的理论指导意义。

本研究在声学波动理论的基础上，从基本热声公式出发，建立了线性热声理论的行驻波分解模型；分析了行波分量和驻波分量对回热器热声转换得贡献和耗散，建立了行驻波声场条件下的回热器热声转换模型，给出了声场参数、回热器结构参数以及热声热机性能参数的无因次表达式，并通过这些无因次参数的分析，提出了一种综合优化热声热机的全新的优化分析方法；结合回热器结构参数和声场参数，考虑各参数之间的相互制约关系，对热声热机的性能进行了全面的优化分析；在行驻波声场的理论分析和行驻波热声效应的分析基础上，结合现有热驱动热声热机的发展，提出成功并研制了一种新型的行驻波型热声制冷机，在输入300W加热量的条件下实现了-30°C的无负载制冷温度，并且在0°C时可以提供40W的制冷量；本研究进一步深化了对热声能量转换机理的认识，可用于指导复杂声场条件下回热器的设计和优化，对于开发高效热声热机具有重要的理论指导意义。

中文名称

积极控制式波发生器

英文名称

wave generator of positive control

定　　义

柔轮齿圈整周变形都受到波发生器的确实控制。

应用学科

机械工程（一级学科），传动（二级学科），齿轮传动（三级学科）