海洋环境观测监测领域中,海上漂浮观测平台是海气界面关键要素观测的一种重要手段,而小型漂流观测平台具有体积小、易部署、成本低等特点,是观测平台发展中的一个重要分支。小型漂流观测平台的运动姿态是影响其观测准确性和安全性的关键问题,如何提升其在波浪作用下的运动性能是亟需解决的问题之一。本文根据海气界面观测需求,在归纳分析现有各类小型漂流观测平台浮体基础上,提出一种球-柱型浮体概念,随后采用OpenFOAM建立三维数值波浪水槽模型,基于重叠网格技术模拟观测平台在波浪中的运动。最后开展海上试验,研究不同海况下的观测平台运动规律,进一步验证球-柱型观测平台的水动力性能。论文主要内容和结论如下:1.针对浮体外型对观测平台性能影响相关研究的资料匮乏问题,融合传统的球状浮体及柱状浮体特点,提出了一种球-柱型观测平台设计方案:通过垂向结构的延伸降低观测平台重心,获得更好的稳定性;此外,更好地实现观测平台上不同组件之间的连接,同时令气象监测系统远离水面,削弱波浪场对气象系统在观测过程中的影响。2.基于OpenFOAM及重叠网格方法,建立了海上漂流观测平台和波浪相互作用的数值模型,在验证了观测平台数值模型准确性的前提下,对不同浮体外型及不同波浪工况下的观测平台进行模拟,分析六自由度运动响应,结果表明,球-柱型浮体相对传统外型浮体具有更好的漂流稳定性及随波性;波高越小,浮体的随波性和稳定性越好;周期对浮体的垂荡运动影响较大,对纵摇运动影响呈非线性变化,浮体在周期较大情况下具有较好随波性。3.针对球-柱型观测平台开展了海上试验,结果表明,观测平台的纵摇运动规律与横摇运动规律较为一致;2～8s内,波浪周期越大,摇摆极值越小,0～0.6m内,波高越大,摇摆极值越大;观测平台可以完成5级海况以下的海上监测工作;此外,波浪主能量周期多集中在4～7s之间。