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Open FAST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。
