近日，重大裝備設計與控制工程研究所陳衛(wèi)星副教授課題組提出面向海洋機器人的傘翼型波浪能隨體發(fā)電技術。研究成果“An In-Situ Umbrella-Shaped Wave Energy Converter With Adjustable Resonance Period for Ocean Robots”發(fā)表在機電領域期刊IEEE/ASME Transactions on Mechatronics上。博士生路云飛為論文第一作者，陳衛(wèi)星副教授為通訊作者。
海洋機器人是開展無人海洋探測的關鍵裝備，然而其續(xù)航能力始終受限于有限的電池容量。利用波浪能供電雖是可行路徑，但傳統(tǒng)波浪能裝置受限于機器人結構尺寸，難以在保持緊湊外形的同時實現(xiàn)高效發(fā)電。對此，本研究提出一種傘翼型隨體波浪能發(fā)電裝置（U-WEC），通過“結構可調、模式可變”的新構型，實現(xiàn)了波浪能捕獲與機器人機動性的有機融合。
U-WEC具備波浪能發(fā)電、浮標觀測與機器人機動三種工作狀態(tài)。在發(fā)電模式下，周向分布的翼片展開以擴大能量捕獲面積，結合浮力與姿態(tài)模塊的協(xié)同調節(jié)，動態(tài)調整系統(tǒng)共振周期，有效適應不同波況，實現(xiàn)波浪能高效俘獲；在機器人模式下，翼片收攏以貼合主體，顯著降低流體阻力，保障水下機動能力。U-WEC通過內置的浮力與姿態(tài)模塊，實現(xiàn)從“垂直漂浮”的發(fā)電/浮標模式到“水平潛航”的機器人模式的主動切換，使其從一個單純的“能量收集器”轉變?yōu)榧l(fā)電、駐留、巡航功能于一體的融合化海洋移動平臺。
研究團隊建立了U-WEC的水動力學模型，并通過水池實驗驗證了其運動響應與發(fā)電性能。在能量周期5秒、有效波高1.5米的非規(guī)則波中，U-WEC可實現(xiàn)13.05 W的發(fā)電功率，功率密度達0.087 W/kg。該研究不僅為海洋機器人提供了可行的能源自供給方案，也為各類無人海洋裝備的長期原位作業(yè)提供了新的技術路徑。
論文鏈接：https://doi.org/10.1109/TMECH.2025.3608753
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