王国晖,杨亚楠,2*,王延辉,2,王树新,2

海洋温差能供电水下滑翔机的液电转换过程建模与效率分析

王国晖1,杨亚楠1,2*,王延辉1,2,王树新1,2

(1. 天津大学 机械工程学院,天津,300072; 2. 青岛海洋科学与技术国家试验室 海洋观测与探测联合试验室,山东 青岛,266237)

海洋温差能供电是提高水下滑翔机的续航里程和在位工作时长的有效技术手段。其能量传递路径的优化与能量转化效率提升对于保证水下滑翔机正常工作至关重要。基于水下滑翔机海洋温差能供电系统中机械能-电能转换过程的能量转换机理与损耗机理,建立了液压马达以及发电机等关键器件的参数化能量平衡方程、机械能-电能转换模型以及转换效率计算公式,开展了能量转换过程的效率分析。通过平台试验与模型求解结果对比可知,压力能-动能、动能-电能的能量转化效率的相对误差较小,分别仅为6.37%、5.12%。验证了模型的准确性。在此基础上,通过对模型的效率分析,对海洋温差能供电系统进行了优化设计与试制。在后续的海试试验中,试验样机可以收集6701 J的电能,压力能-电能转化过程的能量转化效率可达38.86%,验证了系统的有效性。

水下滑翔机; 海洋温差能; 液电转换; 转换效率

0 引言

人类目前对海洋的探索仅有5%左右,尚有95%的海洋尤其是深远海区域是未知的[1]。对海洋的科学认知程度取决于海洋观测装备的技术水平,提高海洋认知能力,走向深远海必须装备先行[2]。

水下滑翔机有别于采用螺旋桨推进的无人水下航行器,其通过改变自身浮力实现往复剖面的升沉运动,具有能耗水平低、效费比高、自持力强等优势,是开展大范围、长时序自主观测的重要工具[3-4]。……