海上浮式风机多体系统耦合动力模型研究

作者：李书进; 郑达成; 孔凡

来源：振动工程学报, 2024, 37(01): 20-30.

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2024.01.003

• 海上浮式风机
• 多体系统
• 气动力分析
• 水动力分析
• 耦合模型

海上浮式风机是近年来随着海上风电的快速发展，为了捕获深海更丰富、更持久的风能而提出的一种风力发电装置，已成为当今风能开发的主要方向。作为一种多体系统，由于海上浮式风机结构特殊，加上环境复杂，对其进行准确的计算和分析尤为重要。本文对海上浮式风机的耦合动力模型进行了研究，建立了复杂工况下Spar型海上浮式风机改进的14-DOF耦合动力模型，包括气动力模块、水动力模块和结构分析模块等，用于扩展其适用范围和准确计算风机的动力响应，并通过数值仿真对所建模型进行了分析和验证。主要的改进有：不对平台和塔架的转动角度作小量近似，扩展其适用范围；考虑角速度和欧拉角速度的换算关系，不作等化处理。此外，所建模型考虑风机叶片扭转角对叶片变形的影响，得到了较为准确的叶片面内外响应。同时采用线性势流理论对水动力进行计算，较之Morison方程适用性更广。仿真分析表明，本文所建模型可以更准确地计算海上浮式风机系统的动力响应，且具有更广的适用范围。