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海上风能现已成为全球可再生能源发展的重点领域，且随着近海风能资源区的消耗，深海风能成为未来发展趋势，现已获得多国关注。然而，海上漂浮式风力机目前仍处于探索研究阶段，存在较多工程与技术难题。它在工作中不仅会同时受到风浪载荷的侵袭，而且漂浮式支撑系统还会给风力机带来额外的运动自由度，进而在塔筒叶片等关键部位产生更大的结构载荷。减小漂浮式风力机的结构载荷是深海风能走向产业化的首要解决问题，也是目前全球风电领域的研究热点。本文以海上漂浮式风力机为研究对象，结合调谐液柱阻尼器(TLCD)结构振动控制方法，研究TLCD对海上漂浮式风力机载荷抑制的影响。
首先，针对ITI-Barge驳船漂浮式5MW风力机，完成了TLCD优化设计与数值模拟。具体地，基于频率设计法，结合驳船漂浮式风力机结构尺寸与自然频率特性，分别设计了置于漂浮式风力机塔顶和支撑平台上的TLCD装置。同时，基于Kane原理，对美国可再生能源实验室大型风力机CAE软件FAST进行了二次开发，形成FAST-TLCD-SC程序，可实现漂浮式风力机与TLCD全耦合联合仿真。在此基础上，针对文中提出的两种TLCD设计，完成了不同工况下的漂浮式风力机Aero-Hydro-Servo-Elastic全耦合数值模拟，并评估了载荷抑制效果。结果表明，基于塔顶TLCD的载荷抑制方法，当风速为10m/s，湍流强度为18%，波高为2.3m，采用不规则波波谱JONSWA谱时，塔筒位移标准差最大可减少12.5%，与此同时，平台俯仰角标准差可降低10.3%，塔筒弯矩等效疲劳载荷可减少12.7%左右。
其次，跳出前文加装TLCD装置的思路，本文提出一种基于多TLCD的新型半潜漂浮式风力机平台MUSupport，可将TLCD与漂浮式平台有机结合。特别地，该平台主要由两对TLCD装置组成，即四个浮筒两两通过内外管路形成液柱振荡回路，最终形成MUSupport结构。其中，TLCD的设计频率为平台的俯仰运动频率，旨在降低漂浮式风力机在该自由度的运动响应，进而降低载荷。为了初步验证该设计的有效性，本文通过拉格朗日方法，在一定假设条件下建立了系统3自由度动力学模型，并完成了自由衰减数值模拟。仿真结果初步表明，MUSupport配置优化的节流孔阻尼，与同样结构无TLCD的漂浮式风力机相比，平台角位移和塔顶位移标准差降幅可达10.7％和8.2％。
最后，开展了结合TLCD的半潜漂浮式风力机缩比模型自由衰减试验，从实验角度初步验证了TLCD对半潜式风力机俯仰运动自由度的影响。具体地，对NREL提出的DeepCwind半潜式风力机进行了1/50缩比模型设计与研制，并在实验室搭建了自由振荡实验平台。在此基础上，根据平台固有频率设计了TLCD装置，置于半潜漂浮式平台之上。同时，TLCD设计有可调节开度的水阀，可以模拟节流孔不同阻尼下的减载效果。实验结果表明，在TLCD的作用下，当水阀开度为30°时，平台俯仰运动角位移标准差减少48.6%。
本文分别从数模和试验角度探究了TLCD对海上漂浮式风力机的载荷抑制作用。从数值仿真上，本文实现了Barge式风力机与TLCD的Areo-Hydro-Servo-Elastic全耦合联合仿真，验证了TLCD对漂浮式风力机载荷的有效性。除此之外，还实现了TLCD与平台的有机结合，最终形成MUSupport结构，其减载有效性在数值模拟中也得到初步验证。从实验角度，本文基于DeepCwind半潜式风力机的缩尺模型，通过自由衰减试验，验证了TLCD在不同节流孔下的载荷抑制效果。
首先，针对ITI-Barge驳船漂浮式5MW风力机，完成了TLCD优化设计与数值模拟。具体地，基于频率设计法，结合驳船漂浮式风力机结构尺寸与自然频率特性，分别设计了置于漂浮式风力机塔顶和支撑平台上的TLCD装置。同时，基于Kane原理，对美国可再生能源实验室大型风力机CAE软件FAST进行了二次开发，形成FAST-TLCD-SC程序，可实现漂浮式风力机与TLCD全耦合联合仿真。在此基础上，针对文中提出的两种TLCD设计，完成了不同工况下的漂浮式风力机Aero-Hydro-Servo-Elastic全耦合数值模拟，并评估了载荷抑制效果。结果表明，基于塔顶TLCD的载荷抑制方法，当风速为10m/s，湍流强度为18%，波高为2.3m，采用不规则波波谱JONSWA谱时，塔筒位移标准差最大可减少12.5%，与此同时，平台俯仰角标准差可降低10.3%，塔筒弯矩等效疲劳载荷可减少12.7%左右。
其次，跳出前文加装TLCD装置的思路，本文提出一种基于多TLCD的新型半潜漂浮式风力机平台MUSupport，可将TLCD与漂浮式平台有机结合。特别地，该平台主要由两对TLCD装置组成，即四个浮筒两两通过内外管路形成液柱振荡回路，最终形成MUSupport结构。其中，TLCD的设计频率为平台的俯仰运动频率，旨在降低漂浮式风力机在该自由度的运动响应，进而降低载荷。为了初步验证该设计的有效性，本文通过拉格朗日方法，在一定假设条件下建立了系统3自由度动力学模型，并完成了自由衰减数值模拟。仿真结果初步表明，MUSupport配置优化的节流孔阻尼，与同样结构无TLCD的漂浮式风力机相比，平台角位移和塔顶位移标准差降幅可达10.7％和8.2％。
最后，开展了结合TLCD的半潜漂浮式风力机缩比模型自由衰减试验，从实验角度初步验证了TLCD对半潜式风力机俯仰运动自由度的影响。具体地，对NREL提出的DeepCwind半潜式风力机进行了1/50缩比模型设计与研制，并在实验室搭建了自由振荡实验平台。在此基础上，根据平台固有频率设计了TLCD装置，置于半潜漂浮式平台之上。同时，TLCD设计有可调节开度的水阀，可以模拟节流孔不同阻尼下的减载效果。实验结果表明，在TLCD的作用下，当水阀开度为30°时，平台俯仰运动角位移标准差减少48.6%。
本文分别从数模和试验角度探究了TLCD对海上漂浮式风力机的载荷抑制作用。从数值仿真上，本文实现了Barge式风力机与TLCD的Areo-Hydro-Servo-Elastic全耦合联合仿真，验证了TLCD对漂浮式风力机载荷的有效性。除此之外，还实现了TLCD与平台的有机结合，最终形成MUSupport结构，其减载有效性在数值模拟中也得到初步验证。从实验角度，本文基于DeepCwind半潜式风力机的缩尺模型，通过自由衰减试验，验证了TLCD在不同节流孔下的载荷抑制效果。