Purpose. The research is purposed at substantiation of the design of floating marine stations with a wave energy generator. The proposed construction is of higher efficiency as compared to the known designs due to the application of roll and resonant operating mode.
Methods and Results. The resonant method of converting wave energy into electrical energy, as well as the design of an autonomous station based on the resonant conversion of the station’s body roll into the electrical energy are described. The method implies adjusting the frequency of natural angular oscillations of the floating station's body to the significant wave frequency. It has been theoretically proved that the conversion of roll energy is more effective than the conversion of vertical oscillations. This is due to the fact that the amount of damping during vertical vibrations of a cylindrical body in water exceeds the amount of damping during angular oscillations of such a body. Besides, the proposed method is shown to be effective for applications in the development of measurement systems and storage devices. The design of a floating station is proposed for implementing the resonant method for converting wave energy. It is shown that adjusting the frequency of natural onboard oscillations of the station body to the significant wave frequency can be done using the additional filled tanks. The algorithm for adjusting the body roll oscillations to the resonance with significant wave frequency is described. The kinematic scheme for a mechanical converter of rolling energy into electrical one is proposed.
Conclusions. The results of theoretical studies were validated experimentally using the device test model in a wave experimental basin. They show that the hydrodynamic efficiency of the proposed wave converter increases as the wave heights decrease.
Цель. Обоснована конструкция плавучих морских станции с волновым генератором энергии, обладающая большей эффективностью по сравнению с известными конструкциями за счет использования бортовой качки и резонансного режима работы.
Методы и результаты. Изложен резонансный метод преобразования энергии волн в электрическую и описана конструкция автономной станции на основе резонансного преобразования бортовой качки корпуса станции в электрическую энергию. Метод предполагает подстройку частоты собственных угловых колебаний корпуса плавучей станции к преобладающей частоте набегающих волн. В статье теоретически доказано, что преобразование энергии бортовой качки эффективнее, чем преобразование энергии вертикальных колебаний. Это связано с тем, что величина демпфирования при вертикальных колебаниях тела судовой или цилиндрической формы в воде больше величины демпфирования при угловых колебаниях такого тела. Кроме того, показано, что метод преобразования эффективен для применения при разработке измерительных систем и накопительных устройств. Для реализации резонансного метода преобразования энергии волн предложена конструкция плавучей станции. Показано, что подстройка частоты собственных бортовых колебаний корпуса станции к преобладающей частоте набегающих волн может производиться с помощью дополнительных наполняемых цистерн. Описан алгоритм настройки бортовых колебаний корпуса в резонанс с преобладающей частотой волн. Предложена кинематическая схема механического преобразователя энергии качки в электрическую энергию.
Выводы. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальным исследованием модели устройства в волновом опытовом бассейне, которое показало, что гидродинамическая эффективность предложенного волнового преобразователя возрастает при уменьшении высот волн.