2022高教社杯国赛A题：如何设计波浪能最大输出功率方案？

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1+A题：波浪能最大输出功率设计+顺应经济和社会的发展，人类面临能源需求和环境污染的双重挑战，发展可再生能源+已成为世界各国的共识。波浪能作为一种重要的海洋可再生能源。

1 A题:波浪能最大输出功率设计

随着经济和社会的发展，人类面临能源需求和环境污染的双重挑战，发展可再生能源产业
已成为世界各国的共识。波浪能作为一种重要的海洋可再生能源，分布广泛，储量丰富，具有
可观的应用前景。波浪能装置的能量转换效率是波浪能规模化利用的关键问题之一。

图 1 为一种波浪能装置示意图，由浮子、振子、中轴以及能量输出系统（PTO，包括弹簧

和阻尼器）构成，其中振子、中轴及 PTO 被密封在浮子内部；浮子由质量均匀分布的圆柱壳体

和圆锥壳体组成；两壳体连接部分有一个隔层，作为安装中轴的支撑面；振子是穿在中轴上的

圆柱体，通过 PTO 系统与中轴底座连接。在波浪的作用下，浮子运动并带动振子运动（参见附

件 1 和附件 2），通过两者的相对运动驱动阻尼器做功，并将所做的功作为能量输出。考虑海

水是无粘及无旋的，浮子在线性周期微幅波作用下会受到波浪激励力（矩）、附加惯性力（矩）、

兴波阻尼力（矩）和静水恢复力（矩）。在分析下面问题时，忽略中轴、底座、隔层及 PTO 的

质量和各种摩擦。