[发明专利]基于Weis--Fogh效应的波浪能发电装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋能开发利用技术领域，尤其涉及一种基于Weis--Fogh效应的波浪能发电装置及其方法。

背景技术

   海洋波浪能作为一种清洁、无污染的可再生能源，分布广阔、能量巨大，且比较容易利用，其能力密度可以达到2000一4000W/m²，几乎是太阳能的200倍，风能的50倍，目前是海洋能开发的重点。世界各国目前已经研制出了若干种利用波浪能发电的实验模型和商业产品。但是波浪的多向往复性运动，使设计者难以设计出合理的能量俘获系统和动力摄取装置，一次转换效率较低；现有装置采用能量多级转换思路，结构复杂，中间转换损耗大，降低了系统的转换效率和可靠性。

    波浪能量的产生由自然条件及地理环境决定，能量变化幅值随机性较大，同时方向也会发生变化。所以波浪能量是不稳定的，波浪能的传递装置一般有机械传递和液压传递两种，已有技术通过加大机械传递装置中飞轮的转动惯量或在液压传递装置中利用蓄能器来调节波浪能的波动，上述方法虽然在一定程度上起到了抑制波浪能波动的作用，但是效果并不理想。这也是波浪能抑制未广泛推广应用的原因之一。如果从波浪能的采集环节就开始采取措施，使波浪能采集装置主动适应波浪能量与方向的变化，将会有效提高波浪能量的利用率。

    Weis--Fogh效应是由一位英国生物学家Weis—Fogh（韦斯-福）发现台湾小黄蜂在飞行过程中采用了一种特殊的振翅方式“振翅拍击和挥摆急动”，认为这种特别的振翅方式与瞬时产生高升力有关。学术界将这种产生升力的机制命名为Weis--Fogh效应。Weis--Fogh机构（韦斯-福机构）起源于上个世纪七十年代，是一种模拟黄蜂飞行的升力装置。如图1所示，Weis--Fogh机构简化成图示结构，两翼板拍击闭合时(图1(a))翼弦处于垂直方向；然后绕共同的根部以角速度Ω旋转张开(图1(b))，两翼间形成空隙，迫使周围流体充填该空隙，由于流体不可压缩，当张开角很小时，流体充填空隙的速度非常高，造成机翼上下表面巨大压力差。当半张开角度约为60°时(图1(c)),两翼以速度v分开(图1(d))。当两翼旋转张开时,流体进入两翼之间的空隙,同时产生大小相等,方向相反的速度环量Γ,并不违背总环量保持为零的开尔文定理因此,当两板分开时,每一翼板将立即获得流体升力L=pΓv的作用力。其中p为流体密度,故不存在由下泄涡引起的升力滞后现象。当Weis--Fogh机构闭合时，两翼对空隙间的流体产生压力，迫使流体流出空隙。与张开时类似，当张开角很小时，流体流出空隙的速度非常高，造成机翼上下表面巨大压力差。因此，这种机构不仅能产生更大的升力，而且能瞬时产生升力，不像普通翼那样产生升力时存在Wagner效应（即升力产生的滞后现象），具有极好的机动性和启动性；试验发现其升力系数高达6～8，理论分析计算结果表明，在初始张开阶段，升力系数高达10以上。

    Weis--Fogh效应目前主要在新型船舶推进装置与船舶零航速减摇上有一定研究，国内哈尔滨工程大学的金鸿章，在中国国家科学基金项目（50575048）的资助下设计出零航速减摇鳍，一项法国专利No.1418806，Oct.18，1965和一项美国专利No.3307358，Mar.7，1967提出了一种用于泵水或用于船舶推进的新装置，其工作原理与Weis--Fogh效应类似。同时Weis--Fogh效应在飞行器用推进装置（中国专利：CN101249889）、容积式泵（中国专利：CN201090437）也有一定研究。但Weis--Fogh效应在波浪能发电领域的研究与应用仍为空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高波浪能的转换效率的一种基于Weis--Fogh效应的波浪能发电装置及其方法。

本发明所采用的技术方案为：基于Weis--Fogh效应的波浪能发电装置，其特征在于，它包括箱体，在箱体上至上而下依次设置有发电模块、能量转换机构、波浪能采集机构，波浪能采集机构通过能量转换机构与发电模块的发电机相连，所述波浪能采集机构包括设置在箱体下部的翼板，在箱体上对应翼板的上方和下方分别设置有平板和下端面，在波浪的作用下，翼板依次完成张开——上行——闭合、张开——下行——闭合的周期性运动，通过与滑动平板和下端面相互配合构成weis-fogh效应。

按上述技术方案，在箱体的下部还连接有有波向自适应机构。

按上述技术方案，在箱体上还设置有能量调节机构。

按上述技术方案，在箱体上还设置有保护机构。