面向水下机器人的随体波浪能发电装置设计、仿真与实验

周博恩1,2，王冰冰1,2，储备1,2，陈卫星1,2,3（1.上海交通大学　机械系统与振动全国重点实验室；2.上海交通大学　机械与动力工程学院；3.上海长兴海洋实验室）

摘要： 目前的水下机器人由于受到供能问题限制，缺乏长时间工作的能力，利用随体波浪发电装置为水下机器人长期提供能量是一种可行的解决方案。但传统的随体波浪能发电装置存在发电效率较低、对波浪入射方向敏感等缺陷，亟需对随体波浪能发电装置的构形进行创新。提出了一种面向水下机器人的新型随体波浪能发电装置，通过可折展机构，将同轴双浮体波浪能发电装置与水下机器人结合，使新的发电装置既不受入射波浪方向的影响，又避免了航行阻力的增大。首先基于水下机器人与随体波浪能发电装置的需求，提出了新装置工作原理，并进行了相应的结构设计。随后基于水下机器人的尺寸，考虑了纵摇运动的影响和粘性阻力因素，建立了装置在波浪发电状态下的四自由度动力学模型，提升了小型同轴双浮体系统动力学模型的准确度。接着通过仿真分析了装置的运动响应特性及不同波浪参数对于装置发电性能和运动响应的影响。最后通过研制原理样机，开展水池实验，验证了动力学模型的准确性。实验结果表明，所提出的动力学模型与仿真能较好地与实验情况相吻合，装置样机在波浪周期为2.6ｓ、波高为0.25ｍ 的条件下发电功率达到了4.5Ｗ，具备较好的发电性能。

关键词： 波浪能转换器；水下机器人；波浪发电