4。2 建立模型 17

4。3 仿真结果与分析 19

4。4 仿真结果与实验结果的对比 24

结论 25

致谢 26

参考文献 27

第 II 页 本科毕业设计说明书

1 引言

1。1 研究背景及意义

近年来，多功能、低功耗的执行器、器件微小型传感器等随着微电子、MEMS（微机电 系统）和通信等技术的快速发展与系统取得了重要的进展。这些器件在交通、医疗、环境、 航空航天、信息等军民领域有着重要的应用需求。当前，微型器件与系统均采用传统的化学 电池作为电源。化学电池所存在体积大、寿命短、功率密度低等问题，已成为制约微系统发 展的技术因素。近年来所发展起来的，能够源源不断地收集环境中的能量并转换为电能微能 源技术，具有体积小、寿命长、成本低、能量密度高等显著优点。这也许是解决微型器件与 系统电源问题的有效途径。

环境中的动能、热能、太阳能等方面的收集与转换是目前微能源的研究主要内容。在环 境中广泛存在风能是一种清洁环保的能源。风力发电机能够将环境中的风能转化为电能。从 风能收集的结构方面看，风力发电机可以分为转动式和振动式两类。

转动式风力发电机通过叶轮获取风能，然后经转轴连接磁电发电机转换为电能。但转动 式风力发电机所具有的问题结构复杂、微结构加工难度大等。

振动式风力发电机则通过流体诱发振动原理，将风能转换为振动能量，再利用压电或磁 电换能器转化为电能。振动式风力发电机的优点是无转轴、叶轮等活动部件，结构简单、易 于加工等。振动式发电机在微小型化方面具有明显优势。在无线传感器网络[1]、无人机[2]等新 兴领域，以及便携式器件、汽车、弹丸引信[3]等传统领域都具有广阔的应用前景。文献综述

流体诱发振动的机理种类繁多，如卡门涡街诱发振动、谐振腔、机翼颤振、冲击射流非 稳定性等等。基于各种不同原理，近十年来许多研究者提出了的各种振动式风力发电机。风 能转换为振动能包含流体动能-振动能、振动能-电能两个转换过程。它的基础理论是流体动 力学和非线性振动理论。保证随机的风力输入的输出稳定功率发电的关键问题是：管内流的 流固耦合、气流致振机理、结构振动控制等问题。但是目前国内外的研究发现，在能量转换 过程中，绝大部分能量损失发生在流体动能向振动能的转换过程中[4]。这是当前研究的各种 振动式风力发电机均不同程度存在能量转换效率偏低问题的原因，这一关键问题的解决有赖 于对气流致振机理、流固耦合振动机制的深入研究。

1。2 国内外研究现状分析

1。2。1 振动式风力发电机风力机及风能采集的研究概况

1。2。2 冲击射流非稳定性在军事及工业上的应用概况本章小结

纵观国内外风力机风能采集的关键技术和小型振动式风力发电机的应用状况，无叶轮和 转轴等活动零件的冲击射流振动发电机结构简单，将是今后小型、微小型风力发电机的发展 方向。

小型振动风力发电机是一种新型的清洁再生能源。小型振动风力发电机的初步设计方法， 对于丰富风能发电、气流发电的研究内涵，探索利用与控制气流、声学共振等新原理和机理， 推动这种新型的清洁可再生能源在汽车、无人驾驶车辆、武器应用系统、航天航空系统等领 域复杂的微功耗电子系统供电的应用，具有重要的理论价值和工程指导意义。