【摘 要】
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小型长航时无人水面平台（Unmanned Surface Vehicle,USV）技术近年来得到了广泛的重视和研究。海洋观测需求业务的发展,有赖于USV供电效能的稳定性和高效性。光伏发电是有效解决小型长航时自主水面移动观测平台供电的重要途径,但在实际海洋环境下,USV搭载的太阳能光伏板朝向不稳定,缺乏发电效能分析与预测方法,关于小型水面自主观测平台光伏实际发电效能的相关研究处于空白状态,针对以上问
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小型长航时无人水面平台（Unmanned Surface Vehicle,USV）技术近年来得到了广泛的重视和研究。海洋观测需求业务的发展,有赖于USV供电效能的稳定性和高效性。光伏发电是有效解决小型长航时自主水面移动观测平台供电的重要途径,但在实际海洋环境下,USV搭载的太阳能光伏板朝向不稳定,缺乏发电效能分析与预测方法,关于小型水面自主观测平台光伏实际发电效能的相关研究处于空白状态,针对以上问题本文开展了以下研究:第一,设计小型长航时USV机械结构,深入探索在非稳定状态下小型长航时USV的动力学响应特性,结合数值分析方法,根据艇体在仿真条件下中纵摇、横摇等姿态角时间历程分析结果,建立了小型长航时USV在典型海洋环境条件下的瞬时倾角简化计算模型。第二,以水平面总辐射量作为输入,探索不同倾斜角和方位角的光伏板所获取的直、散、反、总辐射量值,建立了任意斜面太阳辐射量简化计算模型,联立船体瞬时倾角简化计算模型,建立了动态响应条件下小型长航时USV船体表面光伏组件瞬时太阳辐照能量计算模型。第三,针对所设计的小型长航时USV,设计了合适的控制系统和光伏发电系统技术方案,基于发电系统,建立了太阳辐射量-发电功率预测仿真分析模型。第四,基于非稳定状态下的太阳辐射量-发电功率预测仿真分析模型,选择波高、波周期、波向、航速、航向等作为输入条件,平台光伏发电装置实际平均发电功率作为输出,以光伏板理论标称值作为参考基准,评估各影响因素对发电效能的影响,以此建立了发电效能影响预测模型。模型提出波高、波周期是影响光伏板供电效能的主要因素,航速、航向、波向对光伏供电效能作用较复杂,需结合海况进行分析,并通过实际试验对模型进行了检验。本研究建立了任意斜面太阳辐射量计算模型,最终提出了一套发电效能影响预测模型,为完善小型长航时无人水面平台设计理论体系,促进小型长航时无人水面平台技术跨越发展奠定了技术基础。
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