[发明专利]轨圆振荡水平圆柱深水冰试验池造波及组合消波系统

说明书

本发明公开了一种轨圆振荡水平圆柱深水冰试验池造波及组合消波系统，包括造波机构、第一消波机构、第二消波机构、第一纵向框架、第二纵向框架、红外传感器、模拟冰层以及试验池体，造波机构装设在第一消波机构和第二消波机构之间，且靠近第一消波机构设置，造波机构用于产生单向传播的弯曲重力波，第一消波机构和第二消波机构用于规避弯曲重力波在试验池体侧壁的反射；模拟冰层设置在试验池体的开口一端；第一纵向框架装设在造波机构上方，第二纵向框架设置于与试验池体开口相对的一侧的内壁上；红外传感器装设在模拟冰层的上方，用于监测模拟冰层的弯曲变形情况；本发明可以精确地产生冰池单向前进弯曲重力波，并可以有效地调整波形参数。

技术领域

本发明属于深水冰试验池设备制造技术领域，尤其涉及一种轨圆振荡水平圆柱深水冰试验池造波及组合消波系统。

背景技术

随着北极地区海冰厚度和覆盖面积不断缩减，北极航道逐步开通。北极航道是联系亚欧美三大洲的最短航线，与传统苏伊士运河和巴拿马运河航线相比，使用北极航道能够缩短数千公里航程，故北极航道的开通将会极大降低商业运输成本，同时将形成包括俄罗斯、北美、欧洲、东亚的环北极经济圈。与此同时，较大规模地开发北极资源成为现实可能。据评估，北极拥有全球13％未开采的石油储量，以及30％未开发的天然气储量。目前，我国已成为北极理事永久观察员，丰富的北极油气资源，将为我国油气安全战略提供新的保障。然而，极地地区面临着更为复杂的环境载荷条件，同时又面临着更为脆弱的环境自我修复能力，这就对极地船舶与海洋工程装备的总体设计提出了更为严峻的技术挑战。因此，迫切需要开展相关的冰区水动力性能试验研究。

深水冰试验池是冰区水动力性能试验研究的关键装备，其核心技术是冰层弯曲重力波的模拟技术，而弯曲重力波的模拟技术通常包括两个系统，即造波系统和消波系统。随着我国“冰上丝绸之路”的推进，国内的许多科研院所和高等院校都在筹划建造各种深水冰试验池。传统的无冰深水试验池造波系统一般为摇摆式或者推板式，造波过程中，摇板或推板部分裸露在自由水面之上，相应的波形参数通过求解满足自由表面条件和造波板法向不可穿透条件的二维拉普拉斯方程获得，并以此为依据进行造波板运动幅值及频率的控制。由于水池的尺度有限，当波浪传播至与造波系统相对应的水池另一端时会被反射，反射波的存在会严重影响水池试验的精度。因此，传统的无冰深水试验池一般在水池的末端加装消波滩，即设置一斜坡，并将斜坡设置成凹凸不平的曲面，使得波浪在爬升的过程中能量消耗殆尽，从而避免其反射污染试验区；然而，对于极地深水冰试验池，由于水池表面覆盖着冰层，一方面，传统的摇板或推板装置会导致冰层发生破坏，另一方面，传统依靠波浪爬升的斜坡式消波滩对深水冰试验池不再适用。因此，迫切需要开发相关深水冰试验池造波及消波系统，以实现冰层内弯曲重力波的精确模拟。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种轨圆振荡水平圆柱深水冰试验池造波及组合消波系统，用于解决现有技术中容易导致冰层破坏、无法适应深水冰试验池的造波和消波功能的问题，具体技术方案如下：

一种轨圆振荡水平圆柱深水冰试验池造波及组合消波系统，所述深水冰试验池造波及组合消波系统包括造波机构、第一消波机构、第二消波机构、第一纵向框架、第二纵向框架、红外传感器、模拟冰层以及试验池体，所述造波机构装设在所述第一消波机构和第二消波机构之间，且所述造波机构靠近所述第一消波机构设置，所述造波机构用于产生单向传播的弯曲重力波，所述第一消波机构和第二消波机构用于规避所述弯曲重力波在试验池体侧壁的反射；所述模拟冰层设置在所述试验池体的开口一端，且低于所述试验池体开口；所述第一纵向框架装设在所述造波机构上方，所述第二纵向框架设置于与所述试验池体开口相对的一侧的内壁上，且位于所述第一纵向框架的正下方，所述红外传感器装设在所述模拟冰层的上方，用于监测所述模拟冰层的弯曲变形情况，实时测量所述弯曲重力波的频率和幅值大小；其中：