无人水下航行器摆式发电装置设计与研究
收稿日期：2017-07-11基金项目：国家自然科学基金资助项目（51775307）；水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室开放基金资助项目（2017KJX03）；湖北省自然
科学基金资助项目（2015CFB559）
0引言
无人水下航行器（unmanned underwater vehi-cle ，UUV ）是一种能够自主航行到指定区域进行水下观测、数据采集、遥控作战等任务的小型智能装备。目前UUV 使用蓄电池动力，需要定期进行充电或更换电池组，不能满足长航时、远航程的工作需求［1］，因此，开发UUV 持续能量供给系统，提高UUV 的续航能力，是一项极其重要的研究工作。
海洋能是一种蕴藏在海洋中的可再生清洁能
源，主要包括潮汐能、潮流能、海流能、波浪能和盐
差能［2-3］。UUV 探测作业时锚系于海底，受波浪、
海流、潮汐等海洋动能的影响，处于摆动状态。目
前，开发利用海洋动能为海洋装备提供能源供给
技术已成为热点，国内外科研机构相继开展了这
方面的研究工作。MITCHESON 等［4］研究了应用
于水面航行器的摆式惯性波能收集装置；日本三无人水下航行器摆式发电装置设计与研究
方子帆1，2，3葛旭甫3何孔德1，2，3马增武3方婧2
1.三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室，宜昌，443002
2.三峡大学新能源微电网湖北省协同创新中心，宜昌，443002
3.三峡大学机械与动力学院，宜昌，443002
摘要：针对海洋无人水下航行器能源供给需求，设计了一款小型化摆式发电装置，该装置搭载在无人水下航行器内部，受波浪、海流、潮汐等影响，航行器产生摆动，获取海洋动能，并将其转换成稳定的电能。详细论述了摆式发电装置的工作原理、系统结构和设计方案，建立了系统机电耦合动力学仿真平台进行仿真分析，并开展了样机试验验证。研究结果表明：该摆式发电装置设计是可行的，实现了电能稳定输出，有效发电效率达到了24.40%。
关键词：无人水下航行器；摆式发电装置；发电效率；仿真研究；样机试验
中图分类号：P743；TK79
DOI ：10.3969/j.issn.1004-132X.2018.19.006开放科学(资源服务)标识码(OSID)：
Design and Research on Pendulum Power Generation Devices for UUVs
FANG Zifan 1，2，3GE Xufu 3HE Kongde 1，2，3MA Zengwu 3FANG Jing 2
1.Hubei Key Laboratory of Hydroelectric Machinery Design &Maintenance ，China Three Gorges
University ，Yichang ，Hubei ，443002
2.Hubei Provincial Collaborative Innovation Center for New Energy Microgrid ，China Three Gorges
University ，Yichang ，Hubei ，443002
3.College of Mechanical &Power Engineering ，China Three Gorges University ，
Yichang ，Hubei ，443002
Abstract :To deal with the energy supply demands for marine UUVs ，a small size pendulum power generation device was proposed.The devices were installed inside the UUVs ，which were affected by waves ，currents ，tides and other factors ，the vehicles swung to obtain the marine kinetic energies and converted them into stable electricity.The work principles ，system structures and design schemes were described in detail ，and the system electromechanical coupled dynamic simulation platform was estab-lished for simulation analysis ，as well as the comparative verifications were performed by prototype tests.The results show that the design scheme is feasible ，the power generation device may achieve stable power outputs ，and the system effective power generation efficiency may reach to 24.40%.
Key words :unmanned underwater vehicle(UUV)；pendulum power generation device ；genera-tion efficiency ；simulation analysis ；prototype test
··2306万方数据