專利名稱：表面重力波浪發(fā)生器和波浪池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請根據(jù)35U.S.C. § 119要求下面的申請的優(yōu)先權(quán)，該申請在此全部并入作為參考序列號為12/274321的、2008年11月19日申請的、名稱為“表面重力波浪發(fā)生器和波浪池”美國申請。
背景技術(shù)：
海浪用來進(jìn)行娛樂已經(jīng)長達(dá)幾百年，在具有良好形成的碎浪的任何海灘處最流行的運(yùn)動之一是沖浪運(yùn)動。沖浪運(yùn)動和其他滑水板運(yùn)動實(shí)際上已經(jīng)變得如此流行，以致于在適合于沖浪運(yùn)動的任何拍岸碎浪附近的水面通常是擁擠的并且負(fù)擔(dān)了過多的沖浪者，以致每個沖浪者不得不競爭每個波浪并且活動的時間有限。此外，地球人口中的大多數(shù)甚至沒有接觸海浪以便享受沖浪運(yùn)動或其他海浪運(yùn)動的合適途徑。另一個問題是在任何地點(diǎn)的波浪都是變化的和不一致的，偶爾有“多組”令人滿意地形成的在被乘上之后被找尋的波浪，這些波浪之間散布著較不合意的，在某些情況下，不可乘上的波浪。甚至當(dāng)沖浪者設(shè)法能乘上所選的波浪時，乘浪的持續(xù)時間平均也只持續(xù)僅僅2-30秒，大多數(shù)乘浪時間在5至10秒之間。海面波浪是沿著水和空氣之間的分界面?zhèn)鞑サ牟ɡ?，恢?fù)力由重力提供，因此它們常常被稱為表面重力波浪。圖1示出了支配進(jìn)入淺水的表面重力波浪的原理。深水中的波浪一般具有不變的波長。當(dāng)波浪與海底相互作用時，它開始“變淺”。典型地，這發(fā)生在深度變成比波浪的波長的一半還淺、波長變短并且波幅增大時。當(dāng)波幅增大時，由于波浪的波峰移動得比波谷快，所以波浪可能變得不穩(wěn)定。當(dāng)波幅是水深度的大約80%時，波浪開始 “破碎”并且我們進(jìn)行沖浪。這個上升和破碎過程取決于海灘的傾角和輪廓、波浪接近海灘的角度、水深和接近海灘的深水波浪的特性。通過對底部地形的改變，這些波浪的折射和聚焦是可能的。海浪一般有五個階段產(chǎn)生；傳播，淺化，破碎，和衰減。淺化和破碎階段對于可乘浪而言是最希望的。強(qiáng)烈地取決于水深與波幅之比的破碎點(diǎn)在其他因素中還取決于底面的輪廓、深度和形狀以及波浪的速度、波長和高度。一般而言，波浪可以表現(xiàn)出導(dǎo)致四種 主要碎浪類型之一的特征溢出，卷入，崩潰；和涌浪。在這些波浪類型中，溢出浪對于初學(xué)沖浪者是優(yōu)選的，而卷入浪是更有經(jīng)驗(yàn)的沖浪者所熱愛的。這些碎浪類型在圖2中示出。各種系統(tǒng)和技術(shù)試圖在人造環(huán)境中復(fù)制海浪。這些系統(tǒng)中的一些包括引導(dǎo)快速運(yùn)動的、相對淺的一片水撞擊造型成波形的固體以產(chǎn)生可以乘的但實(shí)際上并非波浪的水效果。其他系統(tǒng)利用線性致動的槳、液壓或氣動的水間或僅僅利用大的受控的水噴射來產(chǎn)生實(shí)際的波浪。然而，所有這些系統(tǒng)在將能量轉(zhuǎn)變成“波浪”方面都是效率低的，由于各種原因和缺點(diǎn)，這些系統(tǒng)中還沒有一個接近產(chǎn)生這樣的波浪，該波浪復(fù)制被找尋以便乘上的最令人滿意的波浪的所需尺寸、波形、速度和破碎，所述波浪即進(jìn)入下降的淺水、破碎成管狀的波浪，該波浪具有相對長的持續(xù)時間和足夠沖浪者進(jìn)行動作的面。

發(fā)明內(nèi)容
本文獻(xiàn)提出了產(chǎn)生表面重力波浪的波浪發(fā)生器和波浪池，表面重力波浪可由沖浪板上的使用者乘上。在一個方面中，披露了用于水池的波浪發(fā)生器，水池由具有側(cè)壁的槽限定。波浪發(fā)生器包括一個或多個箔，每個箔至少沿著側(cè)壁的主要部分垂直地布置并且適合于在沿著側(cè)壁長度的方向上移動。每個箔都具有限定了前沿面和后沿面的曲線的橫截面幾何形狀，前沿面適合由于移動而在水中產(chǎn)生波浪，后沿面構(gòu)形成用于流復(fù)原以避免波浪中的水流分離和減輕由于移動導(dǎo)致的來自箔的阻力。波浪發(fā)生器還包括移動機(jī)構(gòu)，其連接在側(cè)壁和所述一個或多個箔之間用于使所述一個或多個箔在沿著側(cè)壁長度的方向上移動，以通過所述一個或多個箔中的每一個產(chǎn)生表面重力波浪。在另一個方面中，披露了一種波浪池。波浪池包括包含水且具有側(cè)壁和底部輪廓的槽，側(cè)壁具有高度，底部輪廓朝著淺灘或海灘遠(yuǎn)離側(cè)壁向上傾斜。波浪池還包括一個或多個箔，基本上如上所述。在一些實(shí)施方式中，波浪池包括兩個或更多個箔，優(yōu)選地至少四個箔。在又一個方面中，披露了用于產(chǎn)生表面重力波浪的波浪發(fā)生器。波浪發(fā)生器包括三維的箔，其具有限定了前沿面和后沿面的曲線的橫截面幾何形狀，前沿面適合在移動過前沿面的水中產(chǎn)生波浪，后沿面構(gòu)形成用于流復(fù)原以避免波浪中的水流分離和減輕由于移動過前沿面的水導(dǎo)致的來自箔的阻力。在附圖和下面的說明中闡明了一個或多個實(shí)施例的細(xì)節(jié)，根據(jù)說明書和附圖以及權(quán)利要求，其他特征和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。


現(xiàn)在將參考下面的圖詳細(xì)描述這些和其他方面。圖1表示進(jìn)入淺水的波浪的特性。圖2表示四種一般類型的碎浪。圖3A和3B分別是具有環(huán)形形狀的池的頂視圖和側(cè)視圖。圖4表示池的底部輪廓。圖5表示環(huán)形構(gòu)形的池，和池的內(nèi)壁上的波浪發(fā)生器。圖6表示環(huán)形構(gòu)形的池的一部分，其具有沿著外壁垂直布置的波浪發(fā)生器。圖7A和7B分別是透視圖和橫截面圖以表示用于壁的線性部分的箔的形狀。圖8表示波浪傳播的速度關(guān)于箔速度的相關(guān)幾何圖形。圖9表示波浪發(fā)生器池，其中旋轉(zhuǎn)的內(nèi)壁位于固定的外壁內(nèi)。圖10表示波浪發(fā)生器，其中柔性層被置于外壁上，外壁包括用于布置在外壁的整個長度或周邊周圍的若干線性致動器。圖11表示波浪發(fā)生器，其具有置于外壁上的柔性層。圖12表示包括柔性層的波浪發(fā)生器，柔性層將箔夾在它本身和外壁之間。不同附圖中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件。
具體實(shí)施方式
本文獻(xiàn)描述了產(chǎn)生所需沖浪性的波浪的裝置、方法和系統(tǒng)。沖浪性取決于波浪角
度、波浪速度、波浪傾斜度(即，陡度)、碎浪類型、底部坡度和深度、曲率、折射和聚焦。許
多細(xì)節(jié)致力于孤立波浪，因?yàn)樗鼈兊奶匦允顾鼈兲貏e有利于通過在此提出的裝置、方法和
系統(tǒng)產(chǎn)生。當(dāng)用在本申請中時，術(shù)語“孤立波浪”用來描述在平均水位上方具有單個水位移
的淺水波浪或“表面重力波浪”。孤立波浪在沒有散射的情況下傳播，它非常接近地類似在
海洋中產(chǎn)生良好的拍岸浪的波浪類型。理論上理想的孤立波浪由散射和非線性之間的平衡
而引起，所以波浪能沿著距離傳播，同時保持其形狀和波形，而沒有通過抵消波浪導(dǎo)致的阻
礙。孤立波浪的波形是距離X和時間t的函數(shù)，并且可由下面的等式表示其特性
權(quán)利要求
1.一種用于水池的波浪發(fā)生器，所述水池由具有側(cè)壁的槽限定，所述波浪發(fā)生器包括一個或多個箔，每個箔至少沿著所述側(cè)壁的主要部分垂直地布置并且適合于在沿著所述側(cè)壁的長度的方向上移動，每個箔都具有限定了前沿面和后沿面的曲線的橫截面幾何形狀，所述前沿面適合由于移動而在水中產(chǎn)生波浪，所述后沿面構(gòu)形成用于流復(fù)原以避免波浪中的水流分離和減輕由于移動導(dǎo)致的來自箔的阻力；和移動機(jī)構(gòu)，其連接在所述側(cè)壁和所述一個或多個箔之間，用于使所述一個或多個箔在沿著所述側(cè)壁的長度的方向上移動，以通過所述一個或多個箔中的每一個產(chǎn)生表面重力波浪。
2.如權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)生器，其中所述移動機(jī)構(gòu)還包括位于所述側(cè)壁的周邊附近的軌道；與所述一個或多個箔中的每一個相關(guān)聯(lián)的車輛，其適合于沿著所述軌道行駛；和從每個車輛連接到每個箔的連接元件。
3.如權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)生器，其中所述一個或多個箔包括四個箔。
4.一種波浪池，包括包含水且具有側(cè)壁和底部輪廓的槽，所述側(cè)壁具有高度，所述底部輪廓朝著淺灘遠(yuǎn)離所述側(cè)壁向上傾斜；一個或多個箔，每個箔至少沿著所述側(cè)壁的主要部分垂直地布置并且適合于在沿著所述側(cè)壁的長度的方向上移動，每個箔都具有限定了前沿面和后沿面的曲線的橫截面幾何形狀，所述前沿面適合由于移動而在水中產(chǎn)生波浪，所述后沿面構(gòu)形成用于流復(fù)原以避免所述波浪中的水流分離和減輕由于移動導(dǎo)致的來自所述箔的阻力。
5.如權(quán)利要求4所述的波浪池，其中所述槽是環(huán)形的。
6.如權(quán)利要求4所述的波浪池，其中所述槽是直線的。
7.如權(quán)利要求4所述的波浪池，其中所述槽是曲線的。
8.如權(quán)利要求4所述的波浪池，還包括移動機(jī)構(gòu)，其連接在所述側(cè)壁和所述一個或多個箔之間，用于使所述一個或多個箔在沿著所述側(cè)壁的長度的方向上移動，以通過所述一個或多個箔中的每一個產(chǎn)生表面重力波浪。
9.如權(quán)利要求8所述的波浪池，其中所述移動機(jī)構(gòu)還包括位于所述側(cè)壁的周邊附近的軌道；與所述一個或多個箔中的每一個相關(guān)聯(lián)的車輛，其適合于沿著所述軌道行駛；和從每個車輛連接到每個箔的連接元件。
10.如權(quán)利要求4所述的波浪池，其中所述側(cè)壁包括柔性外壁和剛性內(nèi)壁，和在所述柔性外壁和所述剛性內(nèi)壁之間的箔形成機(jī)構(gòu)，以動態(tài)地形成移動的突起以限定所述一個或多個箔中的每一個。
11.一種用于產(chǎn)生表面重力波浪的波浪發(fā)生器，所述波浪發(fā)生器包括三維的箔，其具有限定了前沿面和后沿面的曲線的橫截面幾何形狀，所述前沿面適合在移動過所述前沿面的水中產(chǎn)生波浪，所述后沿面構(gòu)形成用于流復(fù)原以避免所述波浪中的水流分離和減輕由于移動過所述前沿面的水導(dǎo)致的來自所述箔的阻力。
12.如權(quán)利要求11所述的波浪發(fā)生器，其中所述箔的所述前沿面的長度Lf為
13.如權(quán)利要求12所述的波浪發(fā)生器，其中所述箔的厚度Ft為
14.如權(quán)利要求12所述的波浪發(fā)生器，其中所述箔的厚度Ft為
15.如權(quán)利要求12所述的波浪發(fā)生器，其中所述箔的厚度Ft為
16.一種波浪池，包括包含水且具有側(cè)壁的圓形槽，所述側(cè)壁具有高度，所述圓形槽還包括底部輪廓，所述底部輪廓朝著淺灘遠(yuǎn)離所述側(cè)壁向上傾斜；多個箔，每個箔至少沿著所述側(cè)壁的主要部分垂直地布置并且適合于沿著所述圓形槽周圍的所述側(cè)壁移動，每個箔都具有限定了前沿面和后沿面的曲線的橫截面幾何形狀，所述前沿面適合由于朝著所述淺灘的移動而在所述水中產(chǎn)生波浪，所述后沿面構(gòu)形成用于流復(fù)原以避免所述波浪中的水流分離和減輕由于移動導(dǎo)致的來自所述箔的阻力。
17.如權(quán)利要求16所述的波浪池，還包括移動機(jī)構(gòu)，其連接在所述側(cè)壁和所述多個箔中的每一個之間，用于使每個箔在所述圓形槽周圍移動以產(chǎn)生表面重力波浪。
18.如權(quán)利要求17所述的波浪池，其中所述移動機(jī)構(gòu)還包括 位于所述側(cè)壁的周邊附近的軌道；與所述多個箔中的每一個相關(guān)聯(lián)的車輛，其適合于沿著所述軌道行駛；和從每個車輛連接到每個箔的連接元件。
全文摘要
公開了一種表面重力波浪發(fā)生器(302，402，500，700，800，900，1000)和波浪池(100，300，400)。波浪池由相對的側(cè)壁(102，104)和中央的水槽(106)形成。槽(106)包括底部輪廓(112)，其深度從深端(202)延伸到淺灘(206)或海灘。一個或多個三維的箔(500，600)沿著至少一個側(cè)壁(102，104)垂直地布置，并且在槽中逆水而動。每個箔都具有曲線的橫截面幾何形狀，曲線的橫截面幾何形狀限定了前沿面(502)和后沿面(504)，前沿面(502)適合于在移動過前沿面的水中產(chǎn)生波浪，后沿面構(gòu)形成用于流復(fù)原以避免波浪中的水流分離和減輕由于移動過前沿面的水導(dǎo)致的來自箔的阻力。
文檔編號A63B69/00GK102282330SQ200980154911
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者A·芬徹姆, 凱利·斯蘭特爾 申請人:凱利斯蘭特爾波浪有限責(zé)任公司