基于可再生能源的海洋载运装置的设计分析-开题报告文档.doc

中国海洋大学 本科毕业论文（设计） 开题报告 题 目 基于可再生能源的海洋载运装置的设计分析 院、 系 工程学院机电工程系 专 业 机械设计制造及其自动化(年级)2011级 学生姓名 唐道龙 学 号 080242011035 指导教师 常宗瑜 教务处制表 年 月 日 一、选题依据 课题来源、选题依据和背景情况；课题研究目的、学术价值或实际应用价值 人类社会已经步入二十一世纪的第二个十年， 作为世界主要能源来源的煤、石油、天然气等非可再生资源日渐枯竭,碳排放量过高所带来的温室效应以及生态环境破坏所产生的负面影响日渐严重。近年来，世界各国都在大力进行着清洁可再生能源的开发与利用工作，由太阳能、风能、海洋能、生物能、地热能及其他可再生能源组成的新能源的开发利用已成为当今世界各国重大研究课题。海洋能是海洋中蕴藏的可再生自然能源的总称,它包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能等。 波浪能作为海洋能的一种,是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。它是海洋中蕴藏最为丰富的能源之一,也是海洋能利用研究中近期研究得较多的能源之一。波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能中最不稳定的一种能源 , 但其品味最高、分布最广且能流密度大。 海洋是全球生命支持系统的重要组成部分，也是人类社会可持续发展的宝贵财富。随着陆地资源短缺、人口膨胀、环境恶化等问题的日益严峻，人类将目光转向了占地球表面 71%的海洋。然而，海洋观测大尺度长时序的特点以及恶劣的作业环境和昂贵的监测成本，迫使人类开发一套不受能源限制可长期大范围作业，而无需维护的低成本自主操作平台，以延伸人类了解世界海洋的触角。目前，海洋环境监测主要包括调查船、浮标、潜标、海床基、漂流浮标以及航空遥感等。其中，传统的调查方式需消耗大量人力、物力和财力，且不易实现对恶劣环境和敏感区域的调查。 当前， 国际上出现的波浪动力滑翔机（Wave Glider）就为海洋观测技术提供了创新思路。该平台巧妙地利用海洋环境能源实现了长时间大航程的观测作业，并通过卫星与监控基站之间进行指令和数据交换，而且总体制造成本较低，有着广阔的发展前景。目前，该技术已经成为海洋观测网络构建的基础平台首选的监测工具。在国际海洋环境监测技术发展的大背景下，我国的监测技术亟待提高，为此，我们采取引进、消化、吸收和再创新的研发路线，开展具有自主知识产权的波浪动力滑翔机观测平台的国内新型海洋监测技术研究。 本次课题设计主要是基于国内外已有的波浪滑翔机进行结构的优化和设计，改善目前的滑翔机存在的效率低，姿态调整困难等缺点，使其能够更加适应各种恶劣的海上和水中环境，在节约能源的基础上使得海洋监测持续时间更长，距离更远，检测环境更复杂，以便于提取更多海洋中的水文数据，为我们国家的海洋监测和开发事业提供更多支持。 二、文献综述 国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献 国外研究现状 2005 年，Roger Hine和 Joseph D Rizzi 为跟踪考察驼背鲸的生活规律而发明了在海上工作数月而无需维护的利用海洋环境能源的自主运动平台波动滑翔机。2006 年，Liquid Robotics 公司成立并专注于波动滑翔机的研发生产。 2007 年，波动滑翔机经历了飓风 Flossie，验证了其可抵御 3 m 浪高海况和 20 m/s 风速的恶劣海况的能力。随后，波动滑翔机在调查阿拉斯加海岸时，遇到了 6 m 浪高海况和 25 m/s 风速，并可安然无恙的工作。2008 年12月布放的名叫 Stripes 的波动滑翔机，已经累计海洋作业600天，航行25000km。名叫 Honu 和 Kohola 的波动滑翔机从夏威夷出发航行 4 400 km 用时 79 d 到达旧金山。名叫 Red Flash 的波动滑翔机从墨西哥出发到达阿拉斯加，途中在 25 m/s 风速和 6 m 浪高的海况下完成了站点保持作业。2009 年 4 月，波动滑翔机在Monterey Bay海洋生物研究所布放的深海锚系浮标 M2 附近实现了50 m 半径的站点保持，随后，研究人员对波浪动力滑翔机与 M2 的传感器数据进行了对比，除了温度有所差别之外其他数据吻合较好。 2011 年 9 月，Savannah Ocean Exchange 宣布Liquid Robotics 的波浪动力滑翔机获得了湾流航空公司的价值 10 万美金的 2011 年度湾流领航奖。2011 年 11 月，4 个波动滑翔机从 San Francisco 出发经过 4