[发明专利]置于风洞中的浮式海上风电机组混合模型实验装置及方法

说明书

本发明属于海洋工程技术领域，一种置于风洞中的浮式海上风电机组混合模型实验装置及方法，其中实验方法包括以下步骤：(1)实验模型的制作，(2)监控单元与运动控制计算机的连接，(3)控制指令的发送，(4)定常风的模拟，(5)运动状态的反馈。实验装置包括操纵系统部分、实验模型部分及风箱。与已有技术相比，本发明装置中的实验模型部分可以放置在风洞内进行试验，无需依赖波浪水池，并能够更好的揭示水动力对风机气动性能的影响。

技术领域

本发明涉及一种置于风洞中的浮式海上风电机组混合模型实验装置及方法，属于海洋工程技术领域。

背景技术

海上风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，当海水水深超过50m时，浮式海上风电机组(FOWT)将具有更好的经济可行性。FOWT作为新兴的前沿学科领域，其耦合的风浪环境物理特性极其复杂且实际建设工程经验匮乏，相关数值研究需要更多地依赖物理模型试验进行验证，而如何真实地重现海上环境，提高FOWT模型试验研究的精度，是国内外学者普遍关注的问题。当前基于严格的弗劳德数相似准则的风机模型不能真实重现风机原型的物理特征，进而不能有效模拟风机荷载以及FOWT系统运动对风机性能的影响等一系列重要试验。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种置于风洞中的浮式海上风电机组混合模型实验装置及方法。该实验装置是针对典型浮式海上风电机组的运动特征，设计实验模型来模拟波浪的作用，并将浮式海上风电机组实验模型放置在风洞内进行试验，其目的是为了更好地揭示水动力对风机气动性能的影响。

为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种置于风洞中的浮式海上风电机组混合模型实验装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤1、实验模型的制作，为保证实验模型与实体严格符合几何相似条件，需要在实验模型的制作与模拟过程中，要按照统一的实验模型缩尺比，实验模型在海洋工程水池中试验时，需对这些尺度参数以及外形设计尺寸进行换算，通过公式(1)进行描述，

式中，h_m为实验模型在试验时的水深、H_m为实验模型在试验时的波高、λ_m为实验模型在试验时的波长、h_s为实体在海上的实际水深、H_s为实体在海上的实际波高、λ_s为实体在海上的实际波长；

步骤2、监控单元与运动控制计算机的连接，将监控单元与运动控制计算机通过以太网进行连接，便于实时监控浮式海上风电机组的工作状态，通过运动控制计算机对六自由度平台进行操控，进而更好地模拟浮式海上风电机组在实际工程中的工作状态；

步骤3、控制指令的发送，通过运动控制计算机向伺服驱动器发送控制指令，操控电动缸的运动来带动六自由度平台产生运动；

步骤4、定常风的模拟，实验模型中需要模拟的风速通过公式(2)进行描述，

式中：V_Wm为实验模型中需要模拟的风速、V_Ws为实体平均风速、λ为实验模型的缩尺比；

步骤5、运动状态的反馈，六自由度平台通过编码器信号的形式将运动的信息传递给伺服驱动器，接下来，伺服驱动器将编码器信号传递给编码器接口，编码器接口通过ISA总线与运动控制计算机相连，从而使六自由度平台运动的信息传送给运动控制计算机，以实现实验模型运动信息的有效反馈。