КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДАРНЫХ ВОЛНОВЫХ НАГРУЗОК НА НАКЛОННОЕ ДНО В ОПЫТОВОМ БАССЕЙНЕ
EQUIPMENT COMPLEX FOR MEASURING SHOCK WAVE LOADS ON INCLINED BOTTOM IN TEST POOL

Изобретение относится к экспериментальной гидромеханике морских инженерных сооружений и касается методов испытания трансформации волн в опытовом (волновом) бассейне на наклонном дне и оборудования для его проведения.
Известен опытовый бассейн, содержащий прямоугольную чашу, заполненную водой, волнопродуктор, смонтированный вдоль одной из двух сторон чаши, и волногаситель, расположенный вдоль противоположной по отношению к волнопродуктору стороны чаши (патент на изобретение RU 2460666, опубликовано 10.04.2012, МПК G01M 10/00).
Известен способ измерений параметров ударной волны, основанный на измерении давления и скорости фронта ударной волны датчиками, выполненный по авт. св. СССР N 934792, кл. G01L 23/00. Этот способ измерения заключается в том, что по пути распространения ударной волны в исследуемой среде последовательно располагают емкостной и резистивный датчик. О величине давления на фронте ударной волны судят по скачку напряжения в общей схеме включения датчиков, а о скорости фронта ударной волны - по времени между упомянутым скачком и импульсом напряжения емкостного и резистивного датчика. Для определения (отыскания) всех неизвестных в эксперименте измеряются два параметра: давление и волновая скорость вещества. Оба этих параметра фиксируются на одном луче осциллографа, подключенного своим входом к двум упомянутым датчикам.
Недостатком известного способа является отсутствие возможности записи на компьютер и обработки полученных значений в режиме реального времени.
Известны рекомендации по проведению натурных наблюдений и исследованию креплений откосов грунтовых сооружений и береговых склонов (П 74-2000). Для измерения ударного волнового давления используется блок (кассета) мембранных датчиков, передвигаемый по откосу. Расстояние между датчиками составляет 0.1 от длины волны.
Ключевым недостатком известного способа является то, что данный способ предлагается для натурного наблюдения и не предназначен для физического моделирования в опытовом бассейне, т.е. не предусмотрен процесс генерации волн заданных параметров.
Цель изобретения - измерение силы удара при разрушении волны о наклонное дно, его фотофиксация и измерение параметров волны перед разрушением.
Эта цель достигается за счет дополнительной установки в опытовом (волновом) бассейне наклонного дна, крепления подвижного блока мембранных или тензометрических датчиков к наклонному дну, дополнительной установки фотоаппаратуры для фотофиксации трансформации волн на наклонном дне и синхронизации всех полученных данных на компьютере.
В состав комплекса оборудования для измерения ударных волновых нагрузок на наклонное дно в опытовом (волновом) бассейне входит (Фиг. 1) - Комплекс для измерения ударных волновых нагрузок на наклонное дно в опытовом (волновом) бассейне:
- волновой бассейн (1), содержащий волнопродуктор (к примеру, пневматического типа) (2);
- рабочий участок (наклонное дно) (3) (где размещается блок датчиков (4) для измерения нагрузок от ударов волн, ориентированный перпендикулярно набегающей волне);
- волногаситель (5);
- блок фильтров сигналов от датчиков (7);
- аналого-цифровой преобразователь (8);
- персональный компьютер (9);
- трубопровод для подачи воды из зоны гашения в зону генерации волны (10);
- смотровое окно с установленной фотовидеоаппаратурой для записи обрушения волны на наклонном дне (11). Вместо установки смотрового окна может быть использован прозрачный герметичный контейнер, жестко закрепленный на стенке бассейна.
Комплекс для измерения ударных волновых нагрузок на наклонное дно в опытовом (волновом) бассейне устроен (функционирует) следующим образом.
В волновом бассейне (1) происходит генерация волны волнопродуктором (2). В зависимости от типа волнопродуктора волна может генерироваться с заданными характеристиками (длина, высота, период) и регулироваться компьютером или в случае простой конструкции волнопродуктора (отсутствия возможности подключения к компьютеру) волна генерируется с характеристиками, заданными производителем.
- Заданные характеристики волны проверяются двумя волнографами, в случае их несоответствия заданным происходит автоматическая корректировка управляющего сигнала, подаваемого на волнопродуктор.
- На наклонном дне (3) происходит обрушение волны, при этом измерение силы удара от обрушения волн осуществляется блоком датчиков (4). Предусмотрена возможность жесткой фиксации датчиков на наклонном дне в зоне обрушения волны.
- Сигналы от датчиков подаются в блок фильтров (7), где происходит их усиление и подавление посторонних шумов. Преобразованный в блоке фильтров (7) сигнал подается в аналого-цифровой преобразователь (к примеру, NI-USB 6008) (8).
- После аналого-цифрового преобразователя сигналы передаются в персональный компьютер (9). Где происходит их обработка с последующей записью. Обрушение волны фиксируется через смотровое окно (11) фотовидеоаппаратурой, подключенной к персональному компьютеру (9).
- Все данные, получаемые с измерительной аппаратуры, характеристики волны с волнографов (6), сила удара волн с датчиков (4) и форма гребня волны в момент обрушения, записанные с фотовидеоаппаратуры (11), будут синхронизированы на компьютере. При разрушении волны часть волн гасится о наклонное дно, образуя отраженные волны, а часть - о волногаситель (5). Для исключения влияния отраженных волн в автоматическом режиме происходит постоянная корректировка сигнала, подаваемого на волнопродуктор (2). Зона генерации волн и волногашения соединена трубопроводом (10), при необходимости на трубопровод может быть установлен насос для откачки воды из зоны гашения.
Таким образом, комплекс оборудования для измерения ударных волновых нагрузок на наклонное дно в опытовом бассейне позволяет производить запись всех необходимых данных, а именно: профиль волны в момент обрушения, силу удара волн и характеристики волны перед обрушением.