一种新型波浪能共振吸波发电装置的制作方法

1.本发明涉及海洋波浪能发电应用技术领域。特别是涉及一种利用共振原理设计的新型高效波浪能吸波发电装置。本发明适用于侵入水中或浮于水面或半侵入水中的浮桶吸波发电装置，其不限于所系泵的数量和锚链位置。


背景技术：

2.人类探究波浪能发电已有很长历史，大多都是把装置浮在海面，利用海面风浪大等特点进行发电。但由于海上有时会出现台风等极端天气过程，海面破坏力较大，许多装置都无法长期使用，甚至有些研究单位把浮式吸波装置做成船型结构，等狂风大浪来时拖走从而避免丢失或破坏。至今只有澳大利亚卡内基公司所设计的cet0型浸水式浮桶装置能有效避免海面大风浪的破坏作用，同时能有效利用波浪作用使浮桶上下摆动带动浮桶下系的泵，进行动力发电。其原理是通过浮桶运动带动动力泵，把高速水(或润滑液体)压进浮桶中涡轮机旋转带动电机发电。cet06型装置已实现了工业化应用并形成了产业化，而且所发电在西澳地区进行并网应用。但该技术是基于澳大利亚南部海区离南半球西风带较近，其充分利用了西风带涌浪多的特点(即一年四季几乎该海区都有涌浪即长波浪，波高一般只有2米左右，大部分涌浪都是远处传播过来，即使无风，该海域也会出现三尺浪的特征)进行的海上试验和设计。因此在卡内基公司所设计的ceto系列产品中，尤其是ceto6如图1左侧图所示，都是基于涌浪(即长波浪)环境进行设计的，对风浪场景试验和设计并不完备，可以说该装置对风浪结构海况吸波效力并不理想。如果效果好，该产品早就推广世界。就是因为该产品局限的适用性，影响其推广使用。由于其设计没有考虑风浪共振效应，因此在风浪多的海区如我国沿海适用性就较差，为了解决在风浪场景适用性问题，既浮桶吸收波能量多少，产生的运动动能就会有多大，其决定了输出给动力泵动力大小，也就决定了发电量的多少。
3.虽然近期卡内基公司针对海浪特征又进行了改进设计既ceto6改，如图1右侧图所示。其利用三个腿链接动力泵均匀固定于浮桶边缘，利用海浪作用产生浮桶摆头效应，带动各个腿所系的动力泵，使泵中液体输送到涡轮机，并带动涡轮机旋转来驱动电机进行发电。如果该装置能够利用本发明方法进行同频共振设计，增加共振腔装置其浮桶摆头效应也会得到增强，进一步也会增大其发电效能。本发明的方法利用同频共振原理进行针对风浪谱结构的设计，目前并不先例。


技术实现要素：

4.本发明是针对圆型扁平状浮桶浸入水中后，通过调整浮桶内配重结构，增加弹性装置，使其拥有固有的振荡频率或频率谱与入射波海浪频谱相一致或近似一致，从而使浮桶受波浪作用产生共振效应，使其更有效地最大吸收海洋波浪能，达到最大功率转换。
5.本发明是这样实现的：一种新型波浪能共振吸波发电装置，其特征是：在浸水式圆型扁平状浮桶内增加弹性装置，使其浮桶内相关配重质量结构装置所拥有的固有震荡频率或频率谱与海浪入射波频率或频率谱相同或相近似，使浮桶对波浪作用产生共振效应，加
大对海浪波能吸收，增加浮桶上下浮动的运动动能，从而浮桶能更有效地拉动动力泵，使泵中液体带动涡轮机旋转来驱动电机发电。
6.进一步地，当入射波为规则波时，所述浮桶有效直径是依据入射波长的四分之一波长计算确定；当入射波为不规则波时其浮桶直径可为海浪谱平均波高对应的波长或有效波高对应的波长或十分之一大波对应的中心频率波长的四分之一来计算确定；依据圆型受力面积应等效于长方形有效受力面积，圆的半径为r，长方体边长为r，园的面积等于长方形面积：其中r为有效浮桶直径，其为入射波的四分之一波长，只要知道了入射波波长l，其四分之一波长就为有效浮桶直径计算为：实际浮桶设计直径为：
7.进一步地，入射波为实际海况不规则波时，如果该海区实际海况为宽谱结构，如人的耳膜一样的宽谱结构，调整浮桶配重结构增加弹性装置时，不仅要增加该装置中心固有频率fc所属的频谱范围配重效应，也要增加该固有频率倍频2fc所属的频谱范围和差频即固有频率一半fc/2所属的频谱范围共振腔部配重效应，从而实现更有效吸收宽谱结构的海浪波能之目的。
8.进一步地，入射波为实际海况不规则波时，如果该海区实际海况为窄谱结构，如人眼能看到七色阳光一样，调整浮桶配重结构增加弹性装置时，尽可能地增大该装置最大中心固有频率效应，使其输出波能集中于中心频率附近，即从七阶共振结构向三阶共振结构靠近。
9.进一步地，入射波为实际海况不规则波窄谱结构时，其中心频率选取，应依据实际该海区观测数据，所确定的风浪谱结构，可选为平均波高所对应频率或有效波高即三分之一大波所对应频率，或十分之一大波所对应频率，或三者之间等，其依据原则是最大波高所对应波长lm减去所选取的中心频率对应波长lc并除以中心波长lc，满足(l
m-lc)/lc≤1/5，最好(l
m-lc)/lc≤1/7，即实现最有效的三阶共振结构。
10.进一步地，浮桶内弹性配置配重重量所要求的固有频率特征，有下述方法可以实现：
11.(1)单摆结构共振装置，利用摆线长度来确定配重系统结构频率值，此结构能够实现共振需求但稳定性不好；
12.(2)梁结构共振装置，既调整配重放置梁中心或不同位置质量和梁弹性系数来确定配重系统结构频率值；
13.(3)悬挂弹簧系配重结构共振装置，利用弹簧系数和配重质量来确定配重系统结构频率值；
14.(4)常用抗震系统弹簧垫装置结构共振装置，调整弹簧系数和并联或串联弹簧数量结构及配重质量来确定配重系统结构频率值；
15.(5)复合结构共振装置，在浮桶内固定框架结构，在框架结构垂直方向，上系悬挂弹簧，下放弹簧抗震装置，水平上，360度，可分四个方向或多个方向系水平弹簧，弹簧数量和弹性系数依据需要而定，统筹计算受力，来确定配重系统结构频率值；
16.(6)电磁结构共振装置，可利用电磁学原理，给梁等配重设置线圈，通过通电产生
磁场相互吸引和排斥来制造弹性结构装置，其频率由电流调节来控制。
17.进一步地，浮桶内置共振装置中所选共振各阶组合频率及配重，对于入射波海浪为窄谱结构而言，由案例3共振腔七阶共振理论及方法，设计方法为：(1)标准七阶共振腔结构布设，以中心频率为中心两边各三阶对应的频率，如七阶光波结构，配重质量按近似正态分布或海浪谱结构分布，实现像白色光波一样，输出的波群为规则波；(2)四阶共振腔结构布设方法为，中心频率(4阶)，按如红(1阶)黄(3阶)蓝(6阶)加绿(4阶)光，结构设置各阶频率，其各阶质量按近似正态分布或海浪谱结构分布，构成像白色光波群输出的规则波；(3)三阶加权共振腔结构布设，像黄(3阶)绿(4阶)青(5阶)光结构一样设置频率，其各阶质量按近似正态分布或海浪谱结构分布，构成近似像白色光波群输出的规则波；(4)在特殊情况下，也可依据实际海况海浪谱等分或不等分数阶共振腔结构布设。
18.进一步地，入射波为实际海况不规则波时，为了实现对弱波的惯性动量补偿，参与共振腔配重质量和非参与共振腔配重质量之比值的计算，取决于阻力泵所需最大动能大小，和不规则入射波中的每组大波间的弱波数量所对应能量，实际海浪往往呈现一组以中心频率或相近频率为主的较强的长波，过后中间夹杂几个弱短波后又一组以中心频率或相近频率为主的较强的长波大波，其间隔时间所确定波的个数来进行补偿所需能量计算。参与共振的配重质量不易过大，依据需求数据试验调整。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种新型波浪能共振吸波发电装置及设计方法，解决了浸入海水中浮桶内置共振配重装置来有效吸收海浪波能，使之上下运动动能加大，增大浮桶吸收海浪效率问题。采用调整浮桶里配重结构增加弹性装置，使浮桶配重结构形成的固有振荡频率或频率谱与入射波海浪频率或频率谱相同或相近似，产生共振效应，增加浮桶上下浮动的运动动能，从而浮桶能有效地拉动泵，使泵中液体带动涡轮机旋转来驱动电机发电。浮桶内置共振配重装置后所获得的效益是增大了浮桶运动动能和浮桶输出动能的平稳性，使浮桶输出动能效率最大，同时由于浮桶吸波能后，惯性效应对实际海况不规则波中，短时存在的弱波等低能量波过程进行补偿，使浮桶输出变化趋于平稳近似规则波。这种设计有利于所发出电能平稳，便于并网应用。应用本方法，可以通过试验实现最理想的浮桶共振腔配置弹性设计，使入射的不规则波经过浮桶共振调整补偿转化后动力输出为平均波高放大了的近似规则波波形。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1是卡内基公司所设计的ceto 6(左图所示)和ceto 6改(右图所示)装置。
22.图2是任何一个波的相似对称四波瓣结构。
23.图3是不同风速产生的充分发展波场能量(kj/
㎡
)的周期图。
24.图4是物模实验验证图。
25.图5是宽谱结构的海浪谱示意图。
26.图6是浅水海浪窄谱结构示意图。
27.图7是国内外一些海浪窄谱结构形状的比较。
28.图8是由(1)所示和两个(2)所示，可以组成三阶最大振幅的共振腔结构。
29.图9是单摆共振腔结构。
30.图10是梁共振腔结构。
31.图11是悬挂弹簧系重物共振腔结构。
32.图12是抗震系统弹簧垫装置共振腔结构。
33.图13是复合结构共振腔装置示意图。
34.图14是不规则波输入经过浮桶共振调整补偿转化而输出的动力近似规则波波形示意图。
35.图15是光波的七种颜色共振阶结构分布示意图。
36.图16是声波的高音部中音部和低音部各七个音阶结构分布示意图。
具体实施方式
37.1.浮桶直径大小设计原则和波的四分之一波长理论
38.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
39.圆型最大好处是对不同方向来的波浪都有等效适应性。而扁平状是有利于捕获波浪能，便于波浪能产生上下作用力的捕获。浮桶高度或浮桶厚度决定稳定性摆头问题。浮桶如果有一定厚度，则海表浮桶顶部水的压力远小于浮桶底部水的压力，其压力差存在决定浮桶相对海面水平稳定性。由于稳定性要求，浮桶受力越大，浮桶稳定性要求就越高，其厚度就应相对越厚。由试验可知，浮桶直径在15米至20米时，其厚度应为4米至7米为最佳效果。由于浮桶是浸泡水中，下方系挂着一个动力泵。浮桶总重量加上下方系挂载的动力泵重量之和，应等于浮桶排海水总浮力即阿基米德力。
40.与风电相同，风车叶片越大，风车发电量也会越大。同理当浮桶越大时单体浮桶所捕获波能应越多。但浮桶直径不能永远大下去，到一定程度，越大反而捕获波浪能相对就会减少。如何确定浮桶大小，特别是浮桶直径应该多大在本发明提出相应原则和计算方法。
41.cn107810406a提出的共振波的四分之一波长效应，以及在声学和光学中都存在的四分之一波长最大共振效应为依据，设计了本发明最佳圆型扁平状浮桶有效直径应为海浪入射波波长四分之一。其原理为：一个波可以分为四个波瓣，如图2波瓣i与波瓣ii是左右对称，上升动量和下沉动量相等；波瓣iii和波瓣iv也是左右对称，上升动量和下沉动量大小相等方向相反。以动能分布结构来看，动能可分是四瓣结构，而每瓣波能动量相对独立。因此利用这个原理和前人工作，可以确定只有四分之一波长受力结构时，浮桶才能获得最佳受力效果。
42.上述有效直径确定，是依据圆型受力面积应等效于长方形有效受力面积，圆的半径为r，长方体边长为r，园的面积等于长方形面积：其中r为有效浮桶直径，其为入射波的四分之一波长，其有效浮桶直径选为中心频率对应波长。
43.只要知道了海浪入射波波长l，其四分之一波长就为有效浮桶直径计算为：
44.应用上述公式r2π＝r2，则实际浮桶设计直径为：
[0045][0046]
案例1波的四分之一波长效应与cet06型装置设计
[0047]
澳大利亚卡内基公司所设计的cet0型浸水式浮桶装置，是为涌浪海区所设计，其波浪特征如表1所示(该表选自《海洋工程基础》springer手册上海交通大学出版社出版pp11，其波高数据仅供参考)。该表1显示涌浪海区即以长波浪为主海区特征，波浪周期一般在7.0s至15s。为了兼顾海浪谱出现，其设计频率对应周期为7.0s。可以看出波浪周期在7.0s时，波长为78米，而澳大利亚卡内基公司所设计的cet06型图1浸水式浮桶装置直径为20米，其近似于入射波的四分之一波长。从图3中也可看出，随着风速加大，波浪周期加大，并向涌浪靠近。
[0048]
表1 在不同的风力条件下观测到的风浪特征
[0049][0050]
从图3中可以看出风速加大，则波浪周期也跟着增加。
[0051]
但在中国沿海各海区，发展成熟的海浪谱，绝大部分都是平均周期为7.0s，有效波高对应的周期为7.8s，其浅水对应着的波长为60m至80m。因此对应着的设计浮桶的直径也应在10m至20m之间。具体设计还需根据实际海区海浪谱结构来确定。
[0052]
案例2波的四分之一波长理论及光波通过界面共振反射实验验证
[0053]
因为本发明是建立在共振腔最大共振结构为入射波的四分之一波长理论(cn107810406a)基础上的，因此需要对共振波的四分之一波长效应进行描述：
[0054]
当行进波从高波速介质向低波速介质通过界面时由于传播速度不同而频率不变，因此会出现波长变短被压缩现象，据此现象提出了，行进波通过界面时产生的反射波能变化随波长被压缩形成了三段论理论(即波长压缩三段论)，即当入射波长界面法向投影等于折射波四分之三附近延伸的共振点波长时，通过界面行进波就开始出现反射波能现象即对应的临界角为相对反射临界角；当入射波长界面法向投影等于折射波二分之一波长时，通过界面行进波反射波能为入射波能一半波能即对应的角为等分反射角；当入射波长界面法向投影等于折射波四分之一波长时，通过界面行进波波能全部被界面反射即对应的反射角为绝对反射临界角。依据这个理论推到出了界面相对反射临界角，波能等分角，绝对反射临界角和界面反射率等计算方程和计算方法。通过分析和推到证明其波长压缩三段论理论的合理性，并通过物模实验验证了该理论推到的方程所对应的计算结果的准确性。具体证明如下：
[0055]
依据上述理论可求出各种界面反射临界角计算方法：
[0056]
当界面折射率(n)为此时为弱界面。
[0057]
绝对反射临界角θa计算公式为：或
[0058]
共振波能等分角θe计算公式为：或
[0059]
相对反射临界角θr计算公式为：
[0060]
其中公式参数取整数。当n≥1.25时l＝1。
[0061]
当界面折射率(n)为此时为强界面。
[0062]
绝对反射临界角θa计算公式为：
[0063]
共振波能等分角θe计算公式为：
[0064]
相对反射临界角θr计算公式为：tgθr＝n。
[0065]
如图4折射区只有折射波能无反射波能；共振区既有折射波能又有反射波能存在，随着入射角增大折射波能越来越少而反射波能逐渐增大。陷获区只有反射波能无折射波能。
[0066]
如果想计算出水临界角，先计算入水临界角，再应用snell定理进行计算。可计算出，入射角45
°
34
′
是出水共振波能等分角。从下图4光波出水实验中明显看出，只有入射角为45
°
34
′
时，出水波折射波能等于界面反射回水中的反射波能，其余入射角所产生的折射波和反射波能均呈不对称状。而绝对反射临界角计算结果是47
°
20
′
，从实验结果可以看出，当入射角为47
°
时，以无法分辨出折射波波能存在。既证明了四分之一波长理论的正确性。
[0067]
图4通过物模实验如图验证了该理论推到的方程所对应的计算结果的准确性。同时也证明了共振波的四分之一波长效应理论的正确性。
[0068]
2.浮桶内配置结构形成的惯性固有频率谱设计方法和原则
[0069]
浮桶内设配重结构所形成的惯性固有震荡频率或频率谱应等于或近似等于海浪入射波频率或频率谱，从而实现浮桶最大有效吸波设计。
[0070]
2.1当入射波为规则波涌浪(即长波浪)时，调整浮桶配置重量结构，增加弹性装置，使其浮桶固有惯性振荡频率与入射波涌浪(即长波浪)频率相同，则浮桶通过共振来增大浮桶上下摆动的波幅强度和力度。通常能使输出波形向锯齿状倾斜，其形成主要原因是参与共振的配置重量，浮桶惯性振荡固有频率作用使浮桶振动比实际浮桶受力慢1/4拍(即四分之一波长)所致。
[0071]
2.2当入射波为不规则波宽谱结构时，cn109906371a中提及的物体四种固有频率
共振阶的计算方法中，描述了人的耳膜共振腔宽谱结构特征，即人不仅能听到中音部分七个音阶，中心频率fc，而且还能听高音部分即倍频部分七个音阶，其中心频率2fc和低音部分即差频，其中心频率也称为1/2频部分七个音阶fc/2。但高高音部分和低低音部分，虽然入射波能都一样，但人类耳膜并无多大反应，几乎让人无法辨别。这就是宽谱结构共振腔共振特征如图16所示。
[0072]
在有些海区海浪谱呈现宽谱结构特征时如图5。为了让浮桶装置适应该海区海浪宽谱结构场景应用，要求浮桶发电装置也得具有宽谱吸波能力，因此对于浮桶内配重调整而言，在增加弹性装置时，不仅要把主要惯性重力配重配置质量调整到海浪谱中心频率附近即中心有效波能频率上，还要兼顾宽谱结构的低频部分和高频部分质量配置，也就是增设该固有频率倍频和差频部分频率配置如图16所示，使其在低频部分或高频部分频率的入射波也能产生一定的共振效应。在入射波短时出现高频波或低频波时也能使浮桶输出有效动能，使其转化为电能。质量分配要依据输入海浪谱能量分布结构对应设计。虽然图5和图16所表达的是一个原理，但形状不同，是因为水平和垂直坐标变量不同造成的。
[0073]
2.3当入射波为实际海况不规则波窄谱结构时如图6所示，为了更好提高浮桶吸收入射波能效率，即转化率，可对其配重结构进行调整增加弹性装置，使其将输出波能频谱调整到中心固有频率附近。如人能看到七色太阳光波一样，阳光波能主要集中在黄绿青蓝中心附近，而红光和紫光外围色彩光谱能量较少。根据这个原理和cn109906371a提及的物体四种固有频率共振阶的计算方法来看，三阶共振结构是最理想输出波形。如果通过调整浮桶配重和增弹性装置能使入射波为窄谱结构的海浪波能经过浮桶吸收转化，输出为以中心频率为基础的三阶共振结构则为最好最理想设计。图7所示为国内外一些海浪窄谱结构形状的比较。
[0074]
3.浮桶内中心频率设计方法和原则
[0075]
对于入射波为窄谱结构时，如何选取浮桶配置后的中心频率。我们是根据实际海区海况所对应的海浪谱结构，依据能量补偿需求，一般可能选取平均波高所对应频率，或有效波高(即三分之一大波)所对应频率，或十分之一大波所对应频率，或三者之间频率等，其原则是最大海浪入射波所对应频率fm和波长lm，减去浮桶所选择的中心频率对应波长lc，并除以中心频率所对应波长lc，小于五分之一或七分之一为宜。即(l
m-lc)/lc≤1/5，最理想应为(l
m-lc)/lc≤1/7，遵从这原则进行设计就能实现理想化的三阶结构如8图共振浮桶输出波能特征。
[0076]
由于输入波频率所对应的波长l0，满足这个关系式即七阶共振腔结构时，则共振腔就会吸收入射波能，但只有在即五阶共振腔结构时，才能感到有效吸收入射波能。当只有在时即三阶共振腔结构时，能够达到最佳吸收入射波能效果。这就是为什么本发明所设计的共振腔为三阶共振腔结构。
[0077]
4.浮桶共振腔弹性装置设计方法和原则
[0078]
浮桶内弹性配置质量达到所要求的固有频率特征，有下述方法可以实现：(1)单摆结构如图9所示，利用摆线长度来确定配重系统结构频率值；(2)梁结构如图10所示，既调整配重放置梁中心或不同位置及重量和梁弹性系数来确定配重系统结构频率值；(3)悬挂弹
簧系配重结构如图11所示，利用弹簧系数和配重重量来确定配重系统结构频率值；(4)常用抗震系统弹簧垫装置结构如图12所示，调整弹簧系数和并联弹簧数量结构及配重重量来确定配重系统结构频率值；(5)复合结构共振装置如图13所示，既在浮桶内固定框架结构，在框架结构垂直方向，上系悬挂弹簧系住配重，下放弹簧垫抗震装置，水平上，360度，可分四个方向或多个方向系水平弹簧，弹簧数量和弹性系数可依据实际需求进行调整，统筹计算受力，来确定配重系统结构频率值；(6)电磁结构共振装置，可利用电磁学原理，给梁等配重设置线圈，通过通电产生磁场相互吸引和排斥来制造弹性结构，其频率由电流调节来控制。
[0079]
单摆频率计算公式为：周期频率这里l是单摆绳长，g是重力加速度。
[0080]
单自由度系统弹性频率计算公式为：其中k是弹簧弹性系数或梁的弹性系数。m是配重物体质量。
[0081]
对于n个弹簧系统总弹性系数计算方法为：
[0082]
串联系统弹性系数：k＝k1 k2
…
kn[0083]
并联系统弹性系数：
[0084]
共振腔具体设计是依据海上试验和理论计算进行调整配置设计，上述各种共振腔结构可进行各种组合配置，也可使用复合结构共振腔装置一种或多个不同频率复合结构共振腔装置组合，其目的是实现浮桶装置能高效吸收海浪波能，同时输出稳定近似规则波动能。
[0085]
5.浮桶内最佳共振腔各阶组合于配重设计方法和原则
[0086]
浮桶内置共振腔，是由弹簧和配重组成，不可能放置太多频率的共振装置，必须选择有代表性频率装置进行布设。对于入射波海浪为窄谱结构而言，由案例3共振腔七阶共振理论及方法，最优效果设计方法为：(1)标准七阶结构布设像七阶光波组合，质量按近似正态分布或海浪谱相近似的瑞利谱分布，像白色光波，群波输出的规则波；(2)四阶结构布设像红(1阶)黄(3阶)蓝(6阶)加绿(4阶)光组合，配重质量按近似正态分布或海浪谱相近似的瑞利分布，构成像白色光波群一样群波，通过共振腔转化输出的规则波；(3)三阶加权结构布设如黄(3阶)绿(4阶)青(5阶)光组合，质量按近似正态分布或海浪谱相近似的瑞利分布构成像白色光波群，从而输出的近似规则波结构；(4)在特殊情况下，也可依据实际海况海浪谱等分或不等分数阶共振腔结构布设。其中依据案例3理论标准七阶结构共振腔中，波长最长为第1阶，以此类推，中间最强的为第4阶，波长最短的为第7阶。
[0087]
6.浮桶内参与共振腔配重重量设计原则
[0088]
在浮桶内，参与共振腔配重重量和非参与共振腔配重重量之比值设计计算，取决于阻力泵所需能量大小，和不规则入射波中的每组大波间的弱波数量所对应能量，需共振腔配重形成的惯性动能的补偿多少来计算。参与共振的配重重量不易过大，因共振可使能量无限堆积，因此需依据海上试验和计算进行设计调整。
[0089]
对于实际海浪，当风浪发展成熟后(一般大风出现后两三个小时)海浪就会形成标准海浪谱能量分布结构，但由于相对长波而言传播快，而相对短波传播慢，因此会相互叠
加，形成了不规则波现象。现实海况所观测到海面观测点测到的出现概率最多也是有效波高所对应频率各组大波，其间会夹杂着几个弱波，波数量并不多。为了确保浮桶捕获能量后稳定连续给动力泵输出动能，就需要对海面波况出现的间歇性少许弱波进行动力补偿，使浮桶输出动能连续稳定，从而转化后输出电能稳定，便于电能并网。
[0090]
如何来计算对补偿能量来调整参与共振浮桶内配重质量，则需要根据实际海况观测数据，确定海面每组系列大波中间间隙弱波的数量，以及所需补偿能量。由于浮桶一般重量大都在1500～1900吨之间，共振后共振腔内储存的大量惯性振荡动能，不仅能补偿弱波，小振幅波等非共振主流大波的波的动能，而且还可以覆盖掉小振幅波的周期频率作用使其趋于共振主流波的周期频率和振幅，同时又能平滑掉个别极限大波波能，储存其能量，使之趋于平稳动能输出。如同小船当一组大浪作用后，即使海面风浪变小，有小的振幅波存在，不论是短波还是长波，但小船依旧按自己的固有频率摇摆震荡不停，其中就是这个道理。
[0091]
并不是所有的浮桶内设质量都参与共振，参与共振的质量分配是依据海浪谱分布结构和浮桶实际需求，通过海上试验来确定，我们水槽实验是选为5比5或4比6来分配质量，确实效果较好。
[0092]
从水槽浮桶共振试验可以看出，当海浪入射波与浮桶内共振腔共振波频率相同而存在位相差时，浮桶内共振腔共振波会随着入射波振动产生进动现象，既随着入射波振动作用，浮桶内共振腔共振波位相趋同于入射波位相，而能量损失很小。这就可以解释，一组大波过度到下一组大波时浮桶输出的波能会较平稳。
[0093]
利用本发明方法，可以通过试验实现最理想的浮桶共振腔配置弹性设计，是使入射的不规则波经过浮桶共振调整补偿转化动力输出为平均波高放大了的近似规则波波形如图14所示，图中(1)代表实际海况不规则波，其入射作用于浮桶，(2)是浮桶吸波共振装置，(3)表示浮桶动力输出为近似平稳规则波。
[0094]
案例3物体结构形成的共振腔中共振各阶计算方法及宽谱和窄谱共振腔结构
[0095]
波与物体相互作用产生的共振波具有的四分之一效应，是共振腔七阶共振理论的基础，是波在物体结构中传播被边界反射，多次震荡，形成的级数叠加，从而推到出共振腔七阶共振算法。共振腔七阶共振理论可简述如下：
[0096]
当外来入射波频率与物体固有频率接近时，物体就会产生共振，当入射波频率等于物体固有频率时共振达到最大。根据物体共振原理，物体结构固有频率不仅仅只是一个特定值，而是围绕这个中心固有特定值存在两侧一定范围内呈近似动量对称状正态分布阶梯谱形的共振腔结构模型。对于人感受到阳光和声音，其共振腔谱形结构呈现于中心频率为中心，两侧呈对称状阶梯分布结构，对于海浪谱而言是无法辨识阶梯形状。即中心频率阶区外两边各有三个阶梯结构的共振阶区，加上中心频率阶区共七个共振阶区。本文针对人所听到和看到的声和光七个共振阶区的波长给出了一个有效的计算公式和计算方法。
[0097]
由于1/4波长共振效应，共振时波在共振腔中前后反射形成了摆动现象出现，同时又会产生基于1/4波长的等分波长甚至再等分波长共振现象，因此需要1/4各种组合级数值和等分的1/8，甚至1/16波长组合级数值来计算。其共振阶系数可设计为：
[0098]
[0099][0100][0101]
共振阶计算公式：对于任意阶频率对应的波长li，固有中心频率对应波长lc，则：
[0102]
其中共振阶系数为：
[0103]
当r＝0时:
[0104]
对应着共振阶最外边界的左右两个共振阶，即第一圈两个共振阶端点波长。
[0105]
对应着共振阶次外圈的两个共振阶，即向内第二圈两个共振阶端点波长。
[0106]
当r＝0对应着外层两圈四个共振阶呈左右对称分布。
[0107]
当r＝1时:
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对应着向内第三圈其对应着中心频率波长较短一侧哪一个波长。
[0109]
如果中心频率选中心阶长波一端值，则中心频率波长较短一侧需计算两个端点即中心频率波长短的另一端点值和靠近中心频率的第三圈共振波阶端点值在短波长一侧
[0110]
当r＝2时:
[0111]
其对应着中心频率波长靠长波方向一侧的哪个端点波长，即第三圈长波端点哪个波长。
[0112]
如果中心频率有两个端点则选波长长的一端点为中心频率波长。这是因为波长长的一侧三个波阶端点共振力矩都大于波长短一侧三个波阶端点共振力矩，因此需要波长短一侧有四个波阶端点参与共振来平衡。
[0113]
当r＝1和r＝2组成的最内第三圈对应着两个共振阶呈左右不对称状分布。
[0114]
应用光波七个阶区波长计算结果证明该理论其合理性。如表2所示。
[0115]
表2光波七个阶区波长计算结果列表(选绿光长波端点为中心频率波长lc＝565nm)
[0116][0117][0118]
虽然橙光计算误差较大，但不排除红光和橙光划界时产生的误差。因为红光的频段过宽相差115纳米，橙光的频段过窄相差35纳米。如果红光和橙光划界波长定为660纳米可能更合理一些。其共振结构如图15所示。
[0119]
应用声波中音部和低音部及高音部的七个阶区波长计算结果证明该理论其合理性。如表3和表4及表5所示。
[0120]
表3 声波中音部七个音阶波长计算结果对比列表
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表4 声波低音部七个音阶波长计算结果对比列表
[0123][0124][0125]
表5 声波高音部七个音阶波长计算结果对比列表
[0126][0127]
从表3(7)音，表4音和表5音对比来看，计算误差均在5％和6％左右，误差偏大。但从本文所设计计算模型计算结果来看，表3(7)音计算值0.385正好是表5音实测波长值0.386，而表4音计算值0.771正好是表3(1)音实测波长值0.772。本文方法计算结果表明高音区和中音区，及中音区和低音区存在着无缝衔接。也就是说物体受外来波动扰动时，其固有频率f共振区间与其倍频即2f为中心频率的共振区间是无缝衔接的，而
其固有频率f共振区间与其等差频f/2为中心频率的共振区间也是无缝衔接的，并且共用最外边界阶如图16所示。
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事实上在音乐中人们把中音部(7)音和低音部音及高音部音都降了半音阶使用。以区分相邻音部(1)音作用。这是因为低音部音共振阶宽度远大于与之相邻的(1)音共振阶宽度，同样(7)音共振阶宽度远大于与之相邻的音共振阶宽度。
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上述七阶共振理论对光波和声波计算结果证明了共振腔结构中的七阶共振特征，说明该理论合理性和正确性。
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以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。