清华大学学报(自然科学版)

作者：刘诗琪, 孙海莹

单位：华南理工大学 海洋科学与工程学院，广州 511442

关键词：漂浮式海上风机,气动性能,频域分析,六自由度运动

基金：国家自然科学基金青年科学基金项目(52206248),广州青年科技人才托举项目(QT2024-002),广州市2024年度基础与应用基础研究专题青年博士“启航”项目(2024A04J3606)

漂浮式海上风机(floating offshore wind turbine, FOWT)的结构运动对风机的气动特性产生复杂的影响，具体表现为叶片攻角的周期性变化、气动载荷的不稳定性以及功率输出的波动。该文首先对FOWT在六个自由度方向的运动分别展开研究，将结构运动化简为简谐运动，定量分析运动幅值、频率等因素对FOWT的气动特性的影响。进一步，基于叶素动量理论(blade element momentum, BEM)和多体动力学理论，采用风机一体化分析软件OpenFAST对FOWT开展了气动分析。之后，对简谐运动下风机的推力系数和转矩系数进行统计分析。此外，针对纵荡和纵摇运动下，FOWT受到的轴向气动载荷和气动转矩进行时域和频域的具体分析，进而对固定式和漂浮式的海上风机的发电功率和发电量进行比较。研究结果表明，六个自由度运动中，纵荡和纵摇运动对FOWT的推力和转矩的影响程度大于其他自由度运动。纵荡和纵摇运动的幅值和频率与FOWT的轴向气动载荷和气动转矩的波动变化相关。与固定式风机相比，纵荡和纵摇运动下的FOWT的发电功率产生的波动更剧烈，但总发电量变化较小。

来源：2025年第8期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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