小型室內(nèi)水槽造波造風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

官 晟，王巖峰 ，黃振興 ，高軍偉

（1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所，山東 青島 266071；2.青島大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院，山東 青島 266071）

小型室內(nèi)水槽造波造風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

官 晟1，王巖峰1，黃振興2，高軍偉2

（1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所，山東 青島 266071；2.青島大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院，山東 青島 266071）

小型室內(nèi)風(fēng)浪水槽是海氣界面多種微尺度過程實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)設(shè)施。造風(fēng)造波系統(tǒng)是風(fēng)浪水槽的核心部分。針對(duì)多種微尺度過程模擬的需要，設(shè)計(jì)了造風(fēng)造波系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與控制軟件。利用該系統(tǒng)，開展了多種造波、造風(fēng)實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，證明該設(shè)計(jì)滿足各項(xiàng)預(yù)定指標(biāo)，可以有效模擬多種海氣界面風(fēng)浪環(huán)境。

風(fēng)浪水槽；搖板式造波機(jī)；labVIEW ；伺服系統(tǒng)；運(yùn)動(dòng)控制器

海氣相互作用對(duì)天氣和氣候的影響深遠(yuǎn)，已成為大氣科學(xué)和海洋科學(xué)中重要的課題。但海氣相互作用中許多微尺度過程具有典型的間歇性湍流運(yùn)動(dòng)特征，觀測(cè)難度較大。因此利用室內(nèi)風(fēng)浪水槽對(duì)多種微尺度過程進(jìn)行模擬，在此基礎(chǔ)上開展實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)是海氣相互作用研究中的一個(gè)重要方法。

為模擬包括微尺度波浪的形成及破碎過程；界面的能量傳輸；海水表層的物質(zhì)輸運(yùn)過程；界面和水體內(nèi)部的湍流混合過程等微尺度過程，室內(nèi)風(fēng)浪水槽需要具備可預(yù)置參數(shù)、可編程的自動(dòng)造風(fēng)、造波功能，實(shí)時(shí)提供水槽風(fēng)浪參數(shù)，并且能為海面微結(jié)構(gòu)光學(xué)測(cè)量裝置、微尺度動(dòng)力過程光學(xué)測(cè)量裝置（PIV和LIF）、紅外熱像系統(tǒng)、聲學(xué)多普勒流速儀（ADV）等試驗(yàn)設(shè)備，提供多種可組裝的、可精密調(diào)節(jié)的光學(xué)及電子設(shè)備平臺(tái)及窗口。其中，造風(fēng)造波系統(tǒng)無疑是小型室內(nèi)風(fēng)浪水槽的核心組成部分，也是此類系統(tǒng)的研究重點(diǎn)。

1 造風(fēng)造波系統(tǒng)技術(shù)背景與參數(shù)設(shè)計(jì)

作為一種重要的研究平臺(tái)，國(guó)內(nèi)外很多海洋、水利、水下工程的研究機(jī)構(gòu)修建了多種應(yīng)用于仿真實(shí)驗(yàn)研究的室內(nèi)風(fēng)浪水槽。

1932年，美國(guó)海灘侵蝕管委會(huì)就建筑了世界第一臺(tái)規(guī)則波造波水槽。1957年，荷蘭的瓦格寧根造波水池正式交付使用，該造波水池是世界上最早的一個(gè)耐波性水池，水池長(zhǎng)寬深分別為100 m、24.5 m和2.5 m，該造波機(jī)的造波結(jié)構(gòu)為搖板式蛇形結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生的波浪波長(zhǎng)范圍是1.5～6 m。1958年，美國(guó)的泰勒矩形水池建造完成，水池主體長(zhǎng)寬深分別為110 m、73 m和6 m，該造波機(jī)的造波結(jié)構(gòu)為氣動(dòng)式造波結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生的波浪波長(zhǎng)范圍為0.92～12.2 m，波浪的波高范圍為0.01～0.06 m，該造波機(jī)也可造短峰波及長(zhǎng)峰不規(guī)則波。1962年，英國(guó)的哈斯拉水池也建造完成并投入使用，該造波機(jī)的造波結(jié)構(gòu)為沖箱式造波機(jī)，能夠模擬長(zhǎng)峰規(guī)則波和不規(guī)則波。德國(guó)漢堡大學(xué)風(fēng)浪水槽長(zhǎng)26 m、寬1 m，平均水深0.5 m。造風(fēng)速度范圍1.5～25 m/s，推板式機(jī)械造波頻率范圍0.7～2.5 Hz，水槽遠(yuǎn)端設(shè)有消波裝置[1]。法國(guó)馬賽無線電與電子研究所大型風(fēng)浪水槽長(zhǎng)40 m，寬2.6 m，平均水深1 m。設(shè)有長(zhǎng)40 m，寬3.2 m，深1.6 m的封閉風(fēng)道，風(fēng)速最高可達(dá)14 m/s，電腦控制機(jī)械造波頻率范圍0.5～2 Hz。

我國(guó)對(duì)于水池造波設(shè)備及其理論方面的研究起步比較晚。20世紀(jì)80年代初，南京水利科學(xué)研究院成功的研制出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)不規(guī)則波造波機(jī)[2]。1986年，大連理工大學(xué)研制的低慣性伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式水槽造波機(jī)投入運(yùn)行。該海洋環(huán)境水槽長(zhǎng)50 m，寬3 m，深1 m，最大工作水深0.7 m。由造波板、液壓伺服動(dòng)作器、液壓泵站、伺服放大器、A/D與D/A接口及計(jì)算機(jī)等硬件部分和控制分析軟件組成。該水槽選用推板式造波方案，由液壓伺服系統(tǒng)提供運(yùn)動(dòng)能量?？梢栽煲?guī)則波和不規(guī)則波[3]。中國(guó)海洋大學(xué)大型風(fēng)-浪-流水槽通過風(fēng)機(jī)、造波機(jī)、流機(jī)，在封閉的管道中形成人工的風(fēng)、浪、流，構(gòu)建一個(gè)模擬海面實(shí)際情況的背景環(huán)境，進(jìn)行多種模擬實(shí)驗(yàn)。水槽長(zhǎng)65 m，寬1.2 m，高1.5 m；最大水深1 m[4]?？稍祜L(fēng)速范圍 1.5～14 m/s；流速范圍 0～0.4 m/s；隨機(jī)機(jī)械造波機(jī)可造0.4 m內(nèi)的規(guī)則波或給定譜形的隨機(jī)波。另有二維內(nèi)波水槽和三維內(nèi)波水槽，均配備有鉭絲波面測(cè)量裝置；聲學(xué)多普勒測(cè)速儀（ADV）；粒子成像測(cè)速儀（PIV）；風(fēng)速測(cè)量裝置（熱線風(fēng)速儀、皮托管、風(fēng)杯）等。浙江省水利河口研究院波流風(fēng)水槽由波流水槽、造波機(jī)系統(tǒng)、流場(chǎng)模擬系統(tǒng)及風(fēng)模擬系統(tǒng)組成。水槽長(zhǎng)70 m，寬為1.2 m，高為1.7 m，主要開展河流泥沙輸運(yùn)模擬研究[5]。

隨著國(guó)內(nèi)大型風(fēng)浪水槽的建設(shè)，相關(guān)技術(shù)也在不斷進(jìn)步。但目前這些大型水槽使用成本都較高。國(guó)內(nèi)目前還沒有能實(shí)現(xiàn)規(guī)則波模擬、簡(jiǎn)單的不規(guī)則波模擬以及風(fēng)浪的模擬，專門與海氣界面微尺度過程觀測(cè)相配套的小型風(fēng)浪水槽。

作為風(fēng)浪水槽功能實(shí)現(xiàn)的核心部分，造風(fēng)、造波系統(tǒng)涉及到海洋物理學(xué)、造波理論、自動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)等多種學(xué)科。制約造波技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要因素就是造波系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)控制和造波波浪的數(shù)據(jù)采集和處理。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、自動(dòng)控制理論和伺服運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，高性能控制器能夠?qū)υ觳ò宓倪\(yùn)動(dòng)控制更加靈活、準(zhǔn)確[6]；控制信號(hào)的數(shù)字化，可對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻，從而簡(jiǎn)化了規(guī)則波和不規(guī)則波的產(chǎn)生。目前，造波方式仍以機(jī)械式造波為主，即通過造波部件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)水池中的水體進(jìn)行擾動(dòng)來激起波浪。造波機(jī)的形式主要有搖板式造波機(jī)、推板式造波機(jī)、沖箱式造波機(jī)、氣動(dòng)式造波機(jī)等[7]。其中，應(yīng)用最廣泛的是搖板式和推板式兩種。這兩種造波機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、維護(hù)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。

以海氣界面觀測(cè)實(shí)景為目標(biāo)，以目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)方案及指標(biāo)為參考，結(jié)合水槽建設(shè)場(chǎng)地、環(huán)境等客觀條件限制，確定造風(fēng)、造波系統(tǒng)主要參數(shù)如下：

（1）水槽尺寸為5 m×1 m×0.5 m，采用直長(zhǎng)水槽結(jié)構(gòu)，安裝尺寸滿足實(shí)驗(yàn)室空間7 m×6 m×3 m要求；

（2）風(fēng)浪水槽主體為玻璃水槽，水槽有效測(cè)量段下方開有光學(xué)窗口；

（3）造波波長(zhǎng)范圍0.05～1.5 m,最大波高不小于0.2 m；波譜類型包括Pierson-Moskowitz譜、JONSWAP譜和Neuman譜，可自定義波譜；造波重復(fù)性誤差小于2%，有消波功能；

（4）造風(fēng)最大風(fēng)速不低于15.0 m/s，風(fēng)速均勻，在觀測(cè)段內(nèi)變化不超過±0.3 m/s。

2 造風(fēng)造波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 造波系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于搖板式造波機(jī)有搖板小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及便于實(shí)時(shí)控制等優(yōu)點(diǎn)，考慮到造波機(jī)水槽尺寸的要求及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，因此，選用與國(guó)外先進(jìn)的造波機(jī)相同的搖板造波方式。搖板式造波機(jī)就是通過機(jī)械驅(qū)動(dòng)令搖板繞固定軸擺動(dòng)，使池中水波動(dòng)。其原理示意圖如圖1所示。

圖1 搖板造波機(jī)示意圖

搖板造波系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、線性模組（滾珠絲杠）、搖板等組成。目前運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)按驅(qū)動(dòng)方式不同，可分為電氣控制、液壓控制和氣動(dòng)控制。經(jīng)過比較分析各種控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和控制精度，選用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)嵌于PC機(jī)的控制方式。上位機(jī)為工控機(jī)，主要完成各種波譜數(shù)據(jù)的計(jì)算、控制命令的發(fā)送、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集處理以及對(duì)造波機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)控；下位機(jī)為內(nèi)嵌的NI4軸運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制卡PCI-7390。伺服系統(tǒng)選用三菱公司生產(chǎn)的可與PCI-7390直接兼容的MR-J2S-70A驅(qū)動(dòng)器和超低慣量中容量的HC-RP-103交流伺服電機(jī)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)和將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置(線性模組)。

圖2 造風(fēng)系統(tǒng)示意圖

為了運(yùn)動(dòng)控制的需要及搖板造波的安全，在滾珠絲杠的中間位置，安裝檢測(cè)原點(diǎn)的傳感器，在滾珠絲杠兩頭加裝兩套保護(hù)措施，即光電開關(guān)和行程開關(guān)。原點(diǎn)傳感器信號(hào)接入運(yùn)動(dòng)控制卡的Home輸入端子，作為搖板的平衡位置檢測(cè)輸入信號(hào)。光電開關(guān)位于行程開關(guān)內(nèi)側(cè)，直接連接至運(yùn)動(dòng)控制卡的左右限位開關(guān)輸入端子，作為原點(diǎn)復(fù)位時(shí)的換向信號(hào)。行程開關(guān)位于光電開關(guān)外側(cè)，起搖板運(yùn)行超限停機(jī)保護(hù)作用。

2.2 造風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在水槽頂部加蓋密封蓋板，構(gòu)成風(fēng)罩，與玻璃水槽共同形成一體化風(fēng)道。為使水槽內(nèi)風(fēng)場(chǎng)分布均勻，在水槽尾部安裝軸流風(fēng)機(jī)，以抽風(fēng)的方式在水槽內(nèi)造風(fēng)。在水槽前端靠近搖板處安裝進(jìn)風(fēng)口，在進(jìn)風(fēng)口的下端安裝可調(diào)仰角導(dǎo)風(fēng)板，便于對(duì)風(fēng)向進(jìn)行微調(diào)。造風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)最大風(fēng)速的要求，對(duì)風(fēng)機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算選型。

風(fēng)速：V=15 m/s

風(fēng)道截面積：F=l*h=1*0.2=0.2 m2

風(fēng)量計(jì)算：Q=V*F=15*0.2=3 m3/s=10 800 m3/h

風(fēng)機(jī)動(dòng)壓：Pd=0.5*ρ*V2=15*1.237*152=139 Pa

風(fēng)機(jī)靜壓：Pst=L*f=10*10 Pa=100 Pa

風(fēng)機(jī)全壓：P=Pst+Pd=239 Pa

風(fēng)機(jī)功率計(jì)算：

P=1.15*Q*P/（3600*1000*η）

=1.15*10800*239/（3600*1000*0.75）

≈1.1 kW

根據(jù)風(fēng)機(jī)選型手冊(cè)，由計(jì)算數(shù)據(jù)留取一定域量，選取低噪聲節(jié)能大流量軸流風(fēng)機(jī)，參數(shù)如表1。

表1 風(fēng)機(jī)參數(shù)表

為實(shí)現(xiàn)風(fēng)速可調(diào)，選擇三菱FR-F700系列2.2 kW的變頻器控制風(fēng)機(jī)。三菱FR-F700通用變頻器最適合風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載使用，內(nèi)置噪聲濾波器，并帶有浪涌電流吸收回路，具有先進(jìn)的壽命診斷及預(yù)警功能，操作維護(hù)簡(jiǎn)單。

2.3 傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了構(gòu)成搖板造波的閉環(huán)控制，在搖板前安裝有兩個(gè)浪高儀，實(shí)時(shí)檢測(cè)波面高度。為實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的無級(jí)自動(dòng)調(diào)節(jié)閉環(huán)控制，在水槽試驗(yàn)段前后兩側(cè)各放置一個(gè)熱膜風(fēng)速傳感器，實(shí)時(shí)測(cè)量風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)速。

2.4 消波系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于水槽尺寸限制，試驗(yàn)段和消波段相距很近，若要避免反射波對(duì)測(cè)量段的干擾，必須在水槽的另一端采取有效地消波方法。經(jīng)過大量理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終采用波浪海綿消波結(jié)構(gòu)，并在消波板下堆放鋼絲球，增加消波效果。

3 造風(fēng)造波系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

造風(fēng)造波系統(tǒng)控制軟件總體框圖如圖3所示。

圖3 控制軟件總體框圖

3.2 搖板造波程序設(shè)計(jì)

搖板造波控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)控制卡通過伺服驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)，讀取伺服電機(jī)位置編碼器構(gòu)成系統(tǒng)內(nèi)環(huán)。上位機(jī)控制程序?qū)⒗烁邇x測(cè)量的實(shí)時(shí)波高數(shù)據(jù)與給定值比較，控制輸出，構(gòu)成系統(tǒng)外環(huán)。程序框圖如圖4所示。

圖4 搖板造波程序框圖

規(guī)則波造波程序的實(shí)現(xiàn)包括設(shè)備的復(fù)位、參數(shù)的設(shè)置、搖幅及控制數(shù)據(jù)的計(jì)算。設(shè)備復(fù)位，即搖板原點(diǎn)復(fù)位。每次啟動(dòng)程序前，需要判斷當(dāng)搖板是否位于絲杠中間的原點(diǎn)位置，防止搖板運(yùn)行時(shí)行程超限。規(guī)則波輸入?yún)?shù)為水深、波浪周期及波高。計(jì)算程序根據(jù)搖板搖幅和波高之間的關(guān)系，計(jì)算造波機(jī)的搖幅，得到搖板運(yùn)動(dòng)目標(biāo)譜，并將連續(xù)的目標(biāo)譜離散化，得到控制伺服電機(jī)運(yùn)行的離散速度序列。在造波過程中，通過實(shí)時(shí)分段改變伺服電機(jī)的速度實(shí)現(xiàn)搖板的周期性變速運(yùn)動(dòng)。

造不規(guī)則波時(shí)，首先也需要執(zhí)行搖板復(fù)位子程序。然后讀取前面板設(shè)定的參數(shù)，進(jìn)行不規(guī)則波頻譜的模擬再現(xiàn)。在程序進(jìn)入正式造波之前，計(jì)算程序模塊先進(jìn)行頻譜計(jì)算，并將目標(biāo)頻譜轉(zhuǎn)換為時(shí)域搖板運(yùn)動(dòng)目標(biāo)譜，進(jìn)而計(jì)算得到伺服電機(jī)的控制數(shù)據(jù)。

3.3 造風(fēng)控制程序設(shè)計(jì)

造風(fēng)控制系統(tǒng)主要有兩大功能，造風(fēng)和定速反轉(zhuǎn)。造風(fēng)即風(fēng)機(jī)在正常情況工作時(shí)都處于抽風(fēng)狀態(tài)，并且可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)地改變風(fēng)速。定速反轉(zhuǎn)為維護(hù)維修等特殊情況下需要風(fēng)機(jī)工作在吹風(fēng)狀態(tài)，其風(fēng)速為預(yù)先設(shè)定的一個(gè)固定值。

風(fēng)速的閉環(huán)控制采用的是經(jīng)典控制理論P(yáng)ID控制算法。造風(fēng)控制系統(tǒng)框圖如圖5所示。

圖5 造風(fēng)控制系統(tǒng)框圖

造風(fēng)時(shí)，先輸入造風(fēng)時(shí)間及風(fēng)速設(shè)定值，計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)定風(fēng)速與風(fēng)速儀測(cè)量得到的實(shí)際風(fēng)速比較后采用PID算法，計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)輸出值，經(jīng)多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)量。通過變頻器改變風(fēng)機(jī)電源頻率來改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的閉環(huán)控制。

由于風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)只有在維護(hù)維修時(shí)偶爾使用，對(duì)風(fēng)速精度沒有嚴(yán)格的控制要求，對(duì)風(fēng)速采用開環(huán)控制，即通過控制變頻器使風(fēng)機(jī)工作在一個(gè)穩(wěn)定頻率即可。

3.4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器如示波器、儀表盤等類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。前面板的控件基本分為輸入控件和顯示控件兩大類，它們分別是VI的交互式輸入輸出端口。當(dāng)使用LabVIEW程序框圖編程時(shí)，虛擬控件可以在前面板自動(dòng)產(chǎn)生用戶界面，大大縮短了用戶開發(fā)界面的時(shí)間。

該控制系統(tǒng)界面組態(tài)了登錄界面、系統(tǒng)界面、風(fēng)機(jī)界面、伺服界面、報(bào)警界面、數(shù)據(jù)查詢界面及波形數(shù)據(jù)查詢界面。除使用LabVIEW軟件直接提供的輸入輸出控件組態(tài)基本畫面外，還通過自定義輸入輸出控件實(shí)現(xiàn)了搖板運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫、風(fēng)速動(dòng)畫及波浪動(dòng)畫的模擬，提高了系統(tǒng)的可讀性和趣味性。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

4.1 規(guī)則波測(cè)試

規(guī)則波測(cè)試部分?jǐn)?shù)據(jù)列舉如圖6所示。

測(cè)試數(shù)據(jù)分析如表2所示。

表2 規(guī)則波測(cè)試結(jié)果分析

圖6 規(guī)則波測(cè)試

圖7 P-M譜測(cè)試（h=0.3 m，H1/3=0.06 m）

表3 不規(guī)則譜測(cè)試

實(shí)測(cè)波高模擬誤差≤4%，周期模擬誤差＜4%，滿足試驗(yàn)時(shí)對(duì)規(guī)則波模擬的精度要求。

4.2 不規(guī)則波測(cè)試

對(duì)不規(guī)則波的各種波譜進(jìn)行了測(cè)試，以P-M譜的測(cè)試結(jié)果為例，如圖7所示。

對(duì)主要幾種不規(guī)則波的波譜進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足不規(guī)則波模擬的精度要求。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，安裝于室內(nèi)的小型風(fēng)浪水槽造波機(jī)，不僅能夠通過搖板造波實(shí)現(xiàn)規(guī)則波與不規(guī)則波的模擬，而且能夠通過造風(fēng)實(shí)現(xiàn)水面毛細(xì)波等微幅波的模擬，實(shí)現(xiàn)了造風(fēng)造波和機(jī)械式造波的一體化。小型風(fēng)浪水槽造波機(jī)的設(shè)計(jì)完成了綜合性水文試驗(yàn)平臺(tái)的搭建，能夠較好地模擬實(shí)際海洋環(huán)境中海氣界面微尺度過程，為研究海氣相互作用提供方便的試驗(yàn)平臺(tái)。

[1]Martin Gade,Werner Alpers,et al.Wind wave tank measurements ofwave damping and radar cross sections in the presence ofmonomolecular surface films[J].Geophysical Research,1998,103(C2)：3167-3178.

[2]王崇賢.二維波浪水槽造波控制系統(tǒng)研究［D］.天津：天津大學(xué)，2005.

[3]張群,李木國(guó)，等.海洋環(huán)境水槽液壓伺服造波機(jī)系統(tǒng)[J].中國(guó)海洋平臺(tái),2002,8：20-22.

[4]孫龍,呂紅民，等.高頻波浪的測(cè)量與譜分析[J].海洋通報(bào),2008,27(6)：9-14.

[5]王立忠,潘冬子，等.波浪對(duì)海床作用的試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2007,40(9)：101-109.

[6]蔣仕龍.今天的通用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)[J].現(xiàn)代制造，2004，29：38-40.

[7]楊志國(guó).國(guó)內(nèi)外水池造波設(shè)備與造波技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].黑龍江科技信息，2003,9：97-99.

Design of Wind-Wave Making System for A Small Indoor Flume

GUAN Sheng1,WANG Yan-feng1,HUANG Zhen-xing2,GAO Jun-wei2
(1.The First Institute of Oceanography,SOA,Qingdao Shandong 266071,China;2.College of Automation Engineering,Qingdao University,Qingdao Shandong 266071,China)

The small indoor flume is the basis facility of the experimental research for many microscale processes of air-ocean interface.The wind-wave making system is the core of the flume.To meet the requirement of various micro-scale processes simulation,a wind-wave making system is designed.Through many experiments,the designed system is proven to be suitable for the planed index and capable of simulating a variety of wind and wave environment of air-ocean interface efficiently.

wind-wave flume;shake-flap wave maker;labVIEW;servo system;motion controller

TP273

B

1003-2029（2011）04-0006-05

2011-06-03

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41076062）；中央級(jí)科學(xué)事業(yè)單位修繕購(gòu)置專項(xiàng)“海氣界面微尺度過程光學(xué)探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”資助

官晟（1972-），男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹Ｑ笪锢響?yīng)用技術(shù)。