第38卷第6期 2017年6月
文章编号：0254-0096(2017)06-1717-06
太阳能学报 ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA
Vol. 38, No. 6 Jun.,2017
水下探测航行器海洋动能发电装置分析及试验研究
丁文俊12，宋保维12，毛昭勇12，赵晓哲3
（1.西北工业大学航海学院，西安710072；2.西北工业大学水下航行器研究所，西安710072；
3.海军大连舰艇学院训练部，大连116013)
摘要：为了解决水下探测航行器探测传感电子设备的能源补给问题，探索开发由于海洋环境产生的晃动能量的可行性，初步设计直驱式海洋动能发电装置样机。根据动量矩定理和电磁感应原理分析建立系统的机电模型。结合研制的直驱式海洋动能发电装置样机，对发电系统进行数值与试验分析，数值计算结果与试验结果基本吻合；瞬时发电性能分析结果表明在横掘激励幅度为6°频率为1.0Hz阻尼系数为0.875Nm*s/rad时，其输出功率可达5.8W；平均发电性能试验分析结果表明直驱式海洋动能发电装置在阻尼系数为0.875Nms/rad下小幅激励时共振频率为 1.1Hz，大幅激励时共振频率为1.0Hz。
关键词：海洋动能：水下探测航行器；能量收集；永磁发电机
中图分类号：TK71TJ61 0引言
文献标识码：A
学GiovanniBracco教授与他的团队利用陀螺效应发明了惯性波能发电装置ISWECl3.4)。2005年兰开
水下探测航行器是一种综合了人工智能和先进计算技术的任务控制器，其能够通过水下发射装置发射或者人工布放，并自主航行到预定工作地点，锚系于海底，然后通过探测传感电子设备进行情报侦测、信息收集、环境监视等任务。然而水下探测航行器的体积有限，携带的电池难以长时间连续供给探测传感电子设备。水下探测航行器锚系于水下时难免会受到海流、潮汐、波浪等海洋环境的影响，并时刻处于摇摆晃动状态。这种由于海流、潮汐、波浪、涌等海洋环境引起的晃动能量简称海洋动能。
为了探索开发海洋动能的技术可行性，国内外相关机构、学者已对海洋动能发电技术展开了相关研究，其中2006年法国南特中央理工大学流体力学实验室的AlainClement教授及其团队设计了 SEAREV海洋见动发电装置，其功率为500~1000W*2。 SEAREV长26m、宽10m、高14m、晃动摆直径9m SEAREV海洋晃动发电装置由晃动摆与液压电能输出系统组成，其中液压输出系统有液压缸、蓄能器和液压发电机组成。2009年，意大利都灵理工大
斯特大学的可再生能源团队Mccabe等(5)继续研究了该团队于20世纪90年代发明的内滑块式见动发电系统Frog与PSFrog。在国内2010年国防科技大学王晓明等[6.7]针对海洋机器人能源补给发明制作了二自由度波能转换装置；2007年中国科学院沈阳自动化所机器人学重点实验室的张颖等*研究了AUV用惯性摆式波能系统，但只进行了理论研究。上述的海洋动能发电系统有一个共同的特点，系统的所有零部件均被封装在载体内部，不与海水接触，可有效的保护系统免受海水腐蚀、海洋生物附着、恶劣海洋风暴的影响，大大降低了装置被毁坏的可能性以及维修费用。不过这些海洋动能发电系统中，一些是适用于大型系统，不适合小型系统；一些系统采用的是通过液压系统或增速箱进行能量传递。本文提出一个适合水下探测航行器的直驱式海洋动能发电装置，应用稀土永磁发电机，去掉了中间液压系统或增速箱的能量传递环节，旨在简化系统结构，提高系统转换效率。
本文首先将海洋动能发电装置的总体方案进行详细介绍；然后根据动量矩定理和电磁感应原理建立
收稿日期：2015-06-02
基金项目：国家自然科学基金（51179159)；国家高技术研究发展（863)计划(2011AA8094401)；西北工业大学博士论文创新基金（CX201405）通信作者：丁文俊（1989一），男，博士研究生，主要从事水下新能源技术方面的研究。dwj1989618@sina.com