’ С * р р и, и в 1, Г и р & #7 &: *: * х ^ — : Ри $г1е\у, А А Тафогафогпа1А а5фапотка @91Та 1531е- дотай1Та хо]тохукЫ Я\у120еп11 2014Коз%1 д . в У, и я 'р.- Де Ан р ь С о И Кол оба 2-е Ол Олл 219 ‚2 И 1% й 5, и 2, # д г. у Е их # ии р’. > * Р Ума Я а ‚ АК 20 1966 ` К, т Е 10897 я — 1068946 А. А.ДМИТРИЕВ и Т. В. тонов екА \БОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЛНОВЫХ ДВИЖЕНИЙ ЖИДКОСТИ связи с расширением плана гидростроительных работ особое зна- приобретают вопросы о разрушительном действии волн на берега из путей изучения волн — их моделирование в лотках и бассей-, 1х. бычно волновая установка состоит из канала или бассейна, за-' няемого водой, волнопродуктора той или иной конструкции и гаси- ‘волны. Чаще всего гаситель имеет вид более или менее пологого и те. склона. В некоторых случаях лоток снабжается дрейфо- дуктором — аэродинамической трубой для воспроизведения ветро- олн и течений. орском гидрофизическом институте АН СССР для изучения дви- в волне светополяризационным методом была разработана спе- ая волновая установка. Отдельные ее элементы в значительной отличаются по своей конструкции от имеющихся в существующих ках. Волновой лоток, длиной 400 см, шириной 15см и высотой та, то, вступая в колено, она претерпевает многократное отражение стенок и теряет при этом свою энергию. Углы и размер колен рассчи- зались так, чтобы обеспечить возможно большее число отражений, а ательно, максимальное гашение малой волны. В нашей установке место семикратное отражение. На фиг. 1,6 представлен схемати- и вид лотка сверху. ` гашения крупных волн, возбуждаемых волногоном, применя- цополнительные гасители иной конструкции. Они устанавливают- канале перед входом в колено. Рабочая часть этих Ст " состоит из двух пластин . квадратного сечения, репленных между собой на расстоянии 12—15 см. На утренних поверхностях пластин под углом 50—60° к ним ивался длинный упругий ворс, образующий как бы ловушку я волн (фиг. 1,4). Гасители крепятся на специальных подставках так, бы уровень спокойной воды слегка покрывал ворс нижней щетки. = проходя между щетками, теряет свою энергию на перемещение нок, наклоненных в направлении ее движения, и входит в колено е ослабленной. После отражения от стенок волна встречает воре ще- перь наклоненных ей навстречу. Здесь снова происходит ее гаше- частичное отражение. Применение гасителей этой конструкции хорошие результаты. В 5* 68 А. А. ДМИТРИЕВ и Т. В. БОНЧКОВСКАЯ Достаточно хорошее гашение позволило нам использовать волногон двустороннего действия в виде параболы у=2рл? с параметром р =0,2. Для гашения волны, идущей от волногона в обратном направлении, га- ситель устанавливался сразу за волногоном перед входом в колено. Дру- гой гаситель по мере надобности ставился у противоположного колена. Волногон обычно приводится в движение электромотором. Однако этот метод дает достаточную устойчивость периода возбуждаемой волны только в случае стабильного напряжения сети. Если же стабильность не обеспечивается, то выгоднее пользоваться другим способом возбужде- ния. Нами был разработан возбудитель колебаний волногона следующей конструкции. Сердечник из листового железа, длиной 19 см и сечением Гасителё Ибситель Фиг. 1. Схематический вид установки: а — вид сбоку; 6 — вид сверху. 7х7 см*, подвешенный на стальной пружине, входит в окно электромаг- нитной катушки. К низу сердечника крепится на двух стержнях волно- гон параболической формы. Поверхности волногона и сердечника покры- вались пленкой плексигласа. Под сердечником на стержне помещается контактор в виде двух тонких металлических полосок, причем на верх- ний контакт крепится лист фольги. Контактор и катушка электромагни- та включены в схему, представленную на фиг. 2. Схема может быть рас- членена на две взаимосвязанные цепи: а) управляющая цепь, состоящая из источника питания / и контактора 9, который в начальном положении разомкнут; 6) управляемая через реле 3 цепь, которая включает в себя катушку индуктивности 4, амперметр 5, перемепное сопротивление 6, питание от сети напряжением 220 в и искрогаситель к реле 7. Волногон приводится в движение легким толчком. Под действием этого импульса вверх или вниз система: пружина — сердечник — волногон начинает колебаться. При этом в момент движения волногона вверх со- противление воздуха подает листок фольги вниз, контакты замыкаются и реле включает управляемую цепь. Таким образом, в идеальном случае при движении сердечника вверх управляемая цепь должна быть вклю- чена. Магнитное поле катушки совершает работу, поднимая сердечник ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЛН 69 _вверх. При этом происходит питание автоколебательной системы. Обрат- ное движение сердечника вниз совершается под действием силы тяжести. ®— Для подобной автоколебательной системы можно теоретически полу- чить закон движения [1]. Если сила упругости пружины равна №7, где _7 — отклонение от положения равновесия, сила трения равна 8, где точка обозначает дифференцирование, сила инерции равна тй, то сила Фиг. 2. Электрическая схема возбуждения волногона. магнитного поля, совершающая работу во время движения вверх и рав- ная нулю при движении вниз, будет равна | 1 : : { при #>0 5 Е (1 - зп 2), где зп й = р я : 0 при й< 0. Уравнение движения примет вид р :. Ва М : т че я (1 оп 7). ’Его решение можно написать в следующем виде: ь 8 \ | Е в фи м в: и г г. 2т а чы т при <>, : Е ег —ф 1 2 8 2п Т ы А 2т > аи 3 55 м 81° (с Е — зш т. при -- < Е<Т, где период колебаний о ы в х М в у } 4т И (55 ) | Наибольшее отклонение вибратора достигается при # =>: Оно состав- ‚ ляет ] 5 Е е тах М >. Рауль Период автоколебаний совпадает с периодом собственных колебаний системы. 70 А. А. ДМИТРИЕВ и Т. В. БОНЧКОВСКАЯ ы При практическом осуществлении конструкции, естественно, не удает- ся получить питание автоколебательной системы в течение всего полу- периода. Однако путем увеличения мощности импульса легко компенси- ровать сокращение его длительности. В нашем случае длительность им- пульса составляет около 25% полупериода. При силе тока 1—2а этого. вполне достаточно для возбуждения волн высотой до 4 см. Длительность импульса легко увеличить облегчением конструкции о если в этом будет необходимость. | Регулировка величины импульсной силы в нашей установке осуще- ствляется введением сопротивления реостата 6. Для изменения периода колебаний мы пользовались набором сменных подвесных пружин для волногона. В установке предусматривалось возбуждение волногоном и крупных волн и мелкой ветровой волны. Для выполнения второй задачи лоток закрывался составной крышкой с воздуховодом, к которому подводился поток от вентилятора. Вентилятор работал на нагнетание и на всасыва- ние. Для спрямления и разбивания потока у входа в воздуховод монти- ровалась тонкая решетка из плексигласа с сечением ячеек 2Ж2 см?. В крышке лотка для измерения перепада давления и для ввода трубки Пито имелись отверстия. В отдельных исследованиях необходимо измерять тангенциальные силы ветра, приложенные к крышке. Для этой цели был сконструирован тензомер следующей конструкции. В крышке лотка был сделан полу- круглый вырез, в который заходил одной своей половиной диск, изготов- ленный, так же как и крышка лотка, из плексигласа. Диск был подве- шен на тонкой металлической нити, с приклеенным на ней зеркальцем. Другая половина диска выступала вбок от крышки. Диск мог вращать- ся вместе с концом нити, закручивая ее. Для предохранения от засасы- вания воздуха через зазор между диском и вырезом в крышке диск тен- зомера закрывался глухим карманом из плексигласа, а нить с зеркаль- цем защищалась стеклянной трубкой. Свет от осветителя направлялся на зеркальце и отбрасывался им на круглую шкалу. Таким образом, касательная сила ветра, действуя на открытую потоку половину диска, поворачивала диск на некоторый угол закручивания Ф, фиксируемый на шкале световым зайчиком. Уравнение крутильных колебаний диска 15% где / — инерция диска, К — коэффициент трения, Р — упругость нити. Решение уравнения имеет вид м И — (г). Период колебаний 2" © — не у (т) т: Отсюда без труда экспериментальным путем можно найти упругость нити О. Так как величина (К/21)? весьмамала, то периодсобственных колеба- ний диска ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЛН 71 2= о. с а. 9. ®— Если мы загрузим диск гирьками массой т, то инерция его изменит- ся на величину 6 =тх7*, где г — расстояние от точки приложения гирек [до оси вращения. Тогда период колебаний будет равен 2 Ури). Сэ —= Решая эти уравнения совместно, находим О. Под действием стационар- ной касательной силы диск повернется на угол $. Тогда, зная момент | упругих сил М =, легко подсчитать усилие ветра, приложенное к 1 см? ` диска, по формуле з. м 2.380. о °— Для ряда работ, связанных с комплексным изучением волнения, те- чений и ветра, установка была дополнена водогоном и вторым дном. Вто- _вывалась труба. Один ее конец с торца был закрыт наглухо, но сверху Вро. втором дне) был сделан кольцевой вырез, в том на оси враща- гнетали воду через кольцевой вырез из нижней трубы вверх. Отток проис- ходил над вторым дном. Таким способом возбуждалась достаточно рав- номерная замкнутая циркуляция воды: внизу движение было направле- но к водогону, вверху в обратном направлении. Описанная установка была предназначена в основном для съемок движений в волне светополяризационным методом. Предусматривалась также возможность фотографирования волн при освещении их сбоку или с подеветкой снизу через продольную щель. _ Размеры установки были выбраны в соответствии с поставленными перед нами задачами, однако принципиальное устройство элементов ус- тановки с успехом может быть использовано и при более крупных мас- штабах установки. ЛИТЕРАТУРА 1. А. И. Лурье. Операционное исчисление. Гостехиздат, 1950. Представлено 7ЛХ 1953 г. ос акне аи фыслы ибн | 04 т4еу, А А 185 ТаЪогафогпа{& изфапотка 055 911% 1з31едотаи1 1 уо]1птоуукВ ау1=неп1{ 251акоз+1 РЬузса: - 3 РАЕАЗЕ РО МОТ ВЕМОУЕ САКО$ ОК $ИР$ РЕКОМ ТН$ РОСКЕТ УММЕВЗТУ ОГ ТОКОМТО ИВКАКУ