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小型海洋航行器摆翼式波浪能发电技术研究
| 论文题名： | 小型海洋航行器摆翼式波浪能发电技术研究 |
| 关键词： | 海洋航行器;波浪能发电;摆动水翼;鱼雷外形;能量捕获 |
| 摘要： | AUV等小型海洋航行器作为海洋中的移动平台在与海洋相关的诸多领域有着极为广阔的应用前景，其动力源主要依靠航行器自身携带的蓄电池，续航力低，严重制约了其作业半径，因此能源补给问题是航行器研究的热点之一。在现有的新能源解决方案中，波浪能不受时空限制，潜力巨大，但是当前针对小型海洋航行器波浪能发电技术的研究尚不成熟，传统研究将波浪能转换装置内置于航行器壳体中，发电能力受到限制，需进一步研究。故针对小型海洋航行器能源供给问题，以波浪能为解决方案，提出一种新的小型海洋航行器摆翼式波浪能捕获方法，开展摆翼波浪发电技术研究，为小型海洋航行器长航时、大航程、多任务的作业需求提供持续的电力补给，延长小型海洋航行器自维持作业时间。 针对小型海洋航行器摆翼式波浪能捕获方法，基于机械振动理论，从振动能量捕获的角度进行研究分析。以波浪为外界激励，建立包括两侧发电质量块和航行器壳体在内的摆翼发电系统三自由度受迫振动模型，考虑波浪作用力的空间分布，利用数值计算的方法，研究动力学过程，计算理论最大发电量。计算结果表明，与传统内置式惯性驱动波浪能捕获方法相比，摆翼发电方案明显具有更大的发电潜力。 针对航行器摆翼式波浪能发电方案，对摆翼发电系统具体结构进行设计与实物搭建。航行器总体拟采用鱼雷外形，在机体两侧加装摆动水翼装置，与主传动轴固定连接，水翼随波浪摆动带动主传动轴转动，经传动加速带动发电机发电，储存于蓄电池中。利用水翼与航行器机体水动力学响应的差异，水翼随波浪起伏上下摆动，捕获波浪能。利用SolidWorks三维建模软件对小型海洋航行器摆翼式波浪能发电系统整体结构进行设计，并据此搭建摆翼式波浪能发电装置实物样机，为后续实验研究做准备。 对摆翼发电装置实物样机开展发电实验研究。搭建一套干式波浪发电实验系统平台，包括电机运动控制系统，控制伺服电机和皮带传动机构带动摆翼上下摆动，模拟波浪发电状态；和数据采集系统，利用传感器和模拟量输入模块采集电力参数。基于C#语言编写上位机软件，控制电机并记录实验数据。利用干式波浪发电实验系统平台，结合理论计算，对摆翼发电装置在二级海况下开展发电实验研究。实验结果显示，系统平均发电功率符合相同给定条件下理论计算的区间范围，但由于诸多因素导致整体功率偏低。 |
| 作者： | 孙涛 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 赵江滨;严新平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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