项目背景：随着传统化石燃料的使用对全球气候变化的影响不断加深，可 再生清洁能源的开发和利用引起了世界各国的高度重视。目前技术较为成熟且 装机规模较大的可再生清洁能源主要包括风能、太阳能以及波浪能等。海上风 能具有平均风速高，湍流度低等优势，其开发和利用广受关注。海上浮式风机 是将海上风能转化为电能的主要装置，借助模型实验对其动力学理论等进行研 究，并在原型风机投入使用前验证相关性能是至关重要的。然而，目前工程上 缺乏一种低成本、短周期的技术手段验证其结构合理性及气动性能表现。 创新点：其一，低碳风机模型设计，其创新体现在以下两点。双层结构塔 架设计：基于相似准则对关键参数计算，创新设计了模型风机的机械结构。该 设计方案可使模型塔架能够同时兼顾几何、质量、刚度等方面的设计要求，解 决了模型风机结构性能复现的问题。较传统塔架设计减轻了整体重量，且各实 验装置部件可重复利用。3D打印可降解叶片模型：采用优选后的AG14翼型， 结合可降解复合材料制作环保型叶片模型。其二，高精度、低排放模拟环境场， 其创新体现在以下两点。矩阵式变频造风系统：通过12台轴流风机智能变频协 同产生多种环境下的实验风场，较传统风洞实验能耗大幅度降低。电动伺服六 自由度运动平台：可避免海上测试的燃油消耗，并能够基于缩比准则进行精准 模拟漂浮平台的基础运动特性。其三，低碳实验验证方法，其创新体现在以下 两点。多工况气动性能匹配方法：基于叶素动量理论及模矢追踪法进行优化设 计，可实现多工况下的气动性能复现，使叶片推力系数误差小于5%，减少实验 设计周期及能源消耗。实验验证操作简便：本实验装置可循环使用，可降低能 耗并减少环境污染。实验过程中各实验装置易于操作、数据采集过程简便。 应用场景： 新型海上浮式风机研发与验证。本实验装置可为新型海上浮式风机的研发 4 提供快速、准确的动力学性能验证平台。通过大缩比尺度模型设计技术和环境 场模拟技术，能够在实验室环境中模拟真实海洋环境，验证风机在不同风、浪、 流条件下的动力学特性，为原型风机的优化设计提供可靠数据支持。 海上风电装备测试与优化。装置可用于测试海上风电装备的性能，包括塔 架、叶片、漂浮平台等关键部件的设计优化。通过复现原型风机的结构性能和 气动性能，能够帮助研发团队在实验室阶段发现并解决潜在问题，降低实际工 程应用中的风险。 多能源协同开发实验平台。本装置不仅适用于海上浮式风机，还可扩展应 用于其他海洋能源设备的实验研究，如波浪能发电装置、潮汐能设备等。通过 风-浪-流环境场模拟装置，能够为多能源协同开发提供实验平台，推动海洋能 源的综合利用