[实用新型]浮式风机模型试验浮体运动的等效模拟设备

说明书

本实用新型公开了一种浮式风机模型试验浮体运动的等效模拟设备，涉及海洋工程浮式风力发电机领域，所述等效设备包括信号测量采集系统、数据处理系统、控制系统、六分力传感器、六自由度平台和浮式风机模型。本实用新型实现在风洞中浮式风机的风浪联合模型试验，空气动力由风洞施加，水动力的施加由内置于模拟系统的数值计算程序根据波浪境、系泊环境和浮体的形状通过迭代计算求得，并且不断的施加于六自由度平台实现运动模拟，使得试验更加方便，能够更加注重空气动力的研究。

技术领域

本实用新型涉及海洋工程浮式风力发电机领域，尤其涉及一种浮式风机模型试验浮动运动的等效模拟设备。

背景技术

目前风能资源得以大量的开发利用，尤其是陆地风力发电逐年增大，但是海洋风力发电却没有形成像陆地风能资源一样的大规模开发利用，然而海上风能质量高、风速大、不会占用土地等等，使得海上风力的发电效果要比陆地风力发电效果好，具有很大的优势。但是，现在海上风力发电并没有得到广泛的大规模利用，原因是海上风力发电机的研制与开发面临着很大的困难，海上环境恶劣，载荷多变，而且不同水深的海域对风力机的结构要求不一样，所以非常有必要对海上风力发电机进行研究。

针对于大海深的海域，浮式风力发电机的综合性能较好，但是在进行模型试验时，由于浮式风机上部风轮结构在空气中，而浮体在水中，两者的密度不一样，导致缩比模型之后相似准数不能同时相似，而且在目前的海洋工程水池中进行风浪联合的模型试验时，风场的质量不高，而且试验难度也会比较大。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种浮式风机模型试验浮体运动的等效模拟设备，以此将传统的浮式风机在水池中的试验，转移到风洞中进行。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是在进行浮式风机模型实验时，浮式风机上部风轮结构在空气中，而浮体在水中，两者的密度不一样，导致缩比模型之后相似准数不能同时相似，而且在目前的海洋工程水池中进行风浪联合的模型试验时，风场的质量不高，而且试验难度也会比较大。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种浮式风机模型试验浮体运动的等效模拟设备，包括信号测量采集系统、数据处理系统、控制系统、六分力传感器、六自由度平台和浮式风机模型，所述浮式风机模型包括风轮和塔筒，所述风轮旋转轴水平安装在所述塔筒的顶部，所述塔筒底部垂直安装在所述六自由度平台的中心，所述六分力传感器安装在所述六自由度平台和所述塔筒之间，用来测量所述浮式风机模型运动时，对浮体产生的作用力；所述信号测量采集系统包括数据采集模块，采集所述六分力传感器的数据，并将数据传输给所述数据处理系统；所述数据处理系统，包括第一存储模块、第二存储模块、数据预处理模块、数据处理模块、显示模块、自动控制模块和手动控制模块，所述数据预处理模块和所述第一存储模块与所述信号采集测量系统中的所述数据采集模块相连接，所述数据预处理模块与所述数据处理模块相连接，所述数据处理模块与所述显示模块、所述自动控制模块和所述第二存储模块相连接。

进一步地，所述第一存储模块用来存储所述信号测量采集系统的源数据，起到备份的作用，以防在后续的数据处理过程中丢失源数据；所述数据预处理模块，对采集的源数据进行初始的数据预处理工作，包括滤波、降采样、剔除坏点等操作；所述数据处理模块对数据进行主要的数据处理，包括对数据进行时域分析、频谱分析、概率统计等操作；所述显示模块，对处理后的数据根据需求进行数据或者图像显示；所述第二存储模块用来存储处理后的数据；所述自动控制模块，用来将测量的力的数据转化为所述六自由度平台可以运动实现的位姿信息。

进一步地，所述数据处理模块可以将所述六分力传感器的标定系数文件导入，将采集的数据转换为实际测量的物理量的值。

进一步地，所述自动控制模块设置有浮体的六自由度运动方程，实现在已知浮体所受外力作用下的位姿状态的求解。

进一步地，所述手动控制模块可以手动输入特定姿态和特定运动轨迹的数据，进行风机的强迫运动试验。