将波浪运动转化为电能作为一种可再生能源，具有巨大潜力，但标准化原型设计的缺乏制约了相关技术发展。由密歇根大学工程团队领导的研究小组设计了两款小型波浪能转换器原型，并配套提出了一套标准化方法，以期推动高质量的波浪能转换器研究。

这项研究成果发表在《机械设计期刊》上，合作方包括康奈尔大学、佐治亚理工学院和普林斯顿大学的研究人员。

“这是首次为波浪能转换器提出的设计方法。拥有这套标准化方法将减少早期开发中的重复错误，推动这项技术进一步迈向商业化，”该研究的资深作者、密歇根大学机械工程助理教授Maha Haji表示。

与间歇性的风能和太阳能不同，海洋波浪的能量输出稳定且可预测。据估计，仅美国水域的可开发波浪能资源，若能有效利用，便可满足该国34%的电力需求。

“我们致力于利用广阔的海洋资源为人类创造可持续的电力。波浪能长期以来被忽视，它可预测、持续稳定，且能量密度比风能高100倍。现在是时候将这项技术从实验室测试推向更前沿了，”该研究的第一作者、康奈尔大学机械工程博士生Olivia Vitale说。

目前大多数风力涡轮机已趋向于相似的优化设计，而波浪能转换器的形态各异，设计知识往往分散在不同机构且缺乏系统记录，导致研究人员在开发新原型时常需重复基础工作。为促进设计趋同，研究团队整合并优化了两款小型波浪能转换器原型：一款是随波浪上下浮动的点吸收式装置，另一款是绕铰链旋转的振荡冲击式转换器。

研究团队梳理并确定了小型原型设计的优先步骤，旨在全尺寸开发前捕捉关键物理特性。基本步骤包括确定合适的流体物理与缩尺比例、共振频率以及系泊系统。以俄勒冈州立大学O.H.欣斯代尔波浪研究实验室为例，其最大水深137厘米的限制直接影响模型缩尺。研究人员采用弗劳德缩尺法(以重力为主导的物理模型缩尺方法)，最终确定1：50的比例，即1米高的原型对应50米高的全尺寸设备。

在关键参数确定后，原型需实现与波浪的共振。同时，固定设备的系泊系统不能干扰其自然运动。针对小尺度模型机械摩擦过大的问题，研究团队推荐采用齿轮齿条式动力输出机构以减少摩擦，该机制也常见于汽车转向系统。此外，小尺度下电流测量分辨率成为限制因素，团队通过增加高可编程控制器实时记录电机电流，并建议未来使用更高分辨率传感器以进一步减少测量误差。

通过将分散的设计知识整合为统一的开放式方法，研究团队为更严格、高效的实验室测试提供了基础框架。这一标准化方法有望确保未来研究人员能更专注于创新，而非反复解决常规技术问题。

出版详情：作者：Olivia Vitale等，标题：《小尺度波浪能转换器原型的设计、建造和分析》，发表于：《机械设计杂志》(2026)。杂志信息：《机械设计杂志》