摘要：总结浮式风力机类型及其对应的特征动力学问题,针对浮式风力机气动荷载、水动荷载的计算方法以及结构动力学、控制动力学典型问题进行论述。讨论了气动—水动—结构—伺服耦合分析的难点,重点分析了二阶波浪力、畸形波等非线性波浪荷载、流荷载及涡激运动对浮式风力机特征动力响应的影响。阐述了浮式风力机动力学研究的试验方法、数值仿真方法、样机测试方法,并对模型试验技术的相似理论、气动模型的实现和难点以及数值仿真的频域方法、时域方法和分析工具进行了归纳对比。研究表明:浮式风力机多场、多体耦合动力分析机理及相关技术仍不成熟,气动荷载、高阶非线性波浪荷载耦合模型的建立是动力学问题研究的重点,数值仿真及模型试验是浮式风力机动力响应研究的主要方法,样机测试技术的积累将促进设计标准的完善及浮式风电的产业化发展。

摘要：根据独立变桨控制(IBP)策略,开发一套基于空间连杆机构的风力机独立变桨控制系统,搭建计及独立变桨控制的浮式风力机(FWT)一体化试验系统,研究统一变桨控制(CBP)和独立变桨控制下的浮式风力机动力学响应特性。结果表明:相较于统一变桨控制策略,独立变桨能有效减小浮式平台纵摇、降低风力机塔顶推力和塔底弯矩等结构载荷,在所研究的工况下减载效果可达10%以上;但同时独立变桨控制也会加剧平台纵摇波动和结构动态载荷,可能引起结构的疲劳损伤。

摘要：文中研究浅水10 MW浮式风力机的系泊布置技术及静态刚度特性,提出了一种基于刚度等效准则设计浅水浮式风力机系泊系统的方法.分别选取不同的锚链长度及配重布置方案,通过静力计算分析锚链的构型和刚度特性,分析不同配重重量和数量对于系泊线静态刚度、构型等综合回复能力的影响,并与深水母型系泊系统相关刚度参数进行比较,从而确定风力机系泊系统设计参数.结果表明:采用母型风力机系泊刚度等效的设计方法可以提高浅水系泊系统设计效率.浅水浮式风力机系泊线设计的难点在于限位能力小和张力易突变,文中提出的锚链加多个配重块的系泊线设计理念及分析方法,较好解决了浅水大功率浮式风力机系泊系统的关键问题.

摘要：为研究半潜型浮式风力机平台的初稳性高度限值和完整稳定性的影响因素等问题,对半潜型浮式风力机平台的完整稳定性进行了理论分析和数值计算。基于重心移动原理,结合风力机平台的静平衡角和摇摆周期等因素,提出了适用于半潜型浮式风力机平台的初稳性高度限值计算公式。从进水角的角度分析了浮式风力机平台大倾角稳定性中的最不利倾斜轴问题。利用Sesam软件对某半潜型浮式风力机平台进行数值模拟,研究了浮筒间距、浮筒直径和干舷高度三个因素对风力机平台稳定性的影响规律。结果表明:三个因素以不同的方式改变稳定性,同时会对初稳性高度、重心高度和排水体积等产生不同程度的影响。这些结论可为半潜型浮式风力机平台设计提供参考。

摘要：选取美国可再生能源实验室(NREL)公布的"5 MW baseline"风力机模型为设计依据,以其研发的用于验证海上浮式风力涡轮机的模型OC4-DeepCwind半潜式海上风力机为母型结构,根据结构的受力特点和应力分布情况,筛选易产生疲劳损伤的7个关键部位,分别建立局部有限元模型并进行网格加密处理。基于SESAM水动力分析软件和FAST风力机动载荷计算程序,对其中的目标节点进行风力机载荷单独作用下的疲劳损伤研究。研究表明,结构疲劳损伤主要发生在中立柱上部的水平撑连接处以及中立柱下部的斜撑连接处,在撑杆连接部位,一般冠点和鞍点的疲劳损伤度会相对更大。

摘要：该文采用滑移网格的方法,基于Open FOAM的瞬态求解器pimple Dy MFoam对OC4中的大型海上浮式风力机NREL 5MW叶片的气动性能进行了数值模拟。分别计算了不同风速(5 m/s、8 m/s和11 m/s)下风力机叶片的推力和扭矩,求得了叶片表面的极限流线分布、尾涡分布以及叶片表面不同截面处的压力系数分布。并将计算的结果与NREL的结果进行了对比分析,研究了不同风速下浮式风力机的受力及尾流场变化情况,可为今后大型海上风力机的设计与优化提供相关参考。

摘要：采用基于升力面自由尾迹的气动预测方法构建浮式风力机全耦合模型,采用多体系统动力学模型描述浮式风力机系统的运动响应,基于准静态假设计算系泊系统的系泊力,基于改进Morison公式计算水动力。结果表明:采用全耦合模型计算得到的叶尖涡轨迹预测值与实验值吻合良好;基于全耦合模型预测得到的浮式风力机运动轨迹与FAST计算结果吻合良好;在风波联合作用下可观察到较为明显的气动-水动耦合现象。

摘要：在浮式风力机模型试验中,由于尺度效应的影响,浮式风力机模型叶片的推力不能达到弗汝德相似条件下的目标推力值,采用重新设计叶片的方式可以较好地满足模型试验的要求。文章以某6 MW海上浮式风力机模型试验为例,提出基于气动相似的模型叶片快速优化设计方法,并与前人提出的方法对比。计算结果表明:在额定工况下,文章提出的方法可有效降低78.18%的风力机推力计算次数,从而提高计算速度;在试验工况下,该方法设计的叶片与目标值的匹配情况优于模矢搜索法。研究结果可以为风力机模型叶片优化设计提供参考。

摘要：在浮式风力机模型试验中,由于尺度效应的影响,几何缩尺叶片不能产生弗汝德相似条件下的目标推力值。为保证试验准确性,采用重新设计模型叶片的方法消除不利影响。本文以某6MW海上浮式风力机模型试验为例,采用贝塞尔曲线定义模型叶片弦长、扭角沿展向变化,通过模矢搜索法对模型叶片进行优化设计,得到满足试验要求的模型叶片,证明贝塞尔曲线在浮式风力机模型试验中的可行性。与多项式曲线拟合方法进行对比,结果表明,本文的方法得到的叶片在模型试验中具有较好的适应性。

摘要：以6 MW海上单柱浮式风力机为研究对象,运用时域耦合分析方法探讨系泊链水平预张力对浮式风力机系统整体运动响应特性的影响。数值研究结果表明:增加系泊链水平预张力能有效改善浮式风力机的纵荡和垂荡运动,对浮式风力机纵摇和横摇运动的影响有限。根据系泊链预张力对浮式风力机整体运动的影响特性优化系泊系统,优化后的浮式风力机具备良好的总体运动响应,该系泊系统能保证浮式风力机的安全。所得结论对浮式风力机系泊系统设计具备一定参考意义。