利用传真地面天气图计算海面风

推导出传真地面天气图上地转风与梯度风的近似计算公式，根据公式制作了地转风与梯度风查算图，并求算了30个站点的海面理论风速值。与实测风速比较，得到了海面摩擦系数和地转风近似法与梯度风近似法计算海面风速的适用条件。     

面向风帆助航的海洋风力资源分析方法

为分析风帆助航条件下海洋风力资源对远洋船舶的辅助推力,将风场与航线数据在电子海图上叠加显示.通过设计算法,建立任意航线上风向变化与色彩变化的映射关系,以色彩的变化直观显示航迹带内的风向分布特征,利用矩阵实验室(MATLAB)对海洋风场数据进行读取和可视化,并对风速进行统计分析.研究结果表明,海上风速、风向在一定海域内保持稳定,为航行船舶风帆助航的可行性以及最优航线设计提供了理论依据和数据支持.     

海洋风场建模及其仿真应用分析

海洋风要素是海洋学和气象学的基本参数,也是影响飞行器和航行器航行性能的重要因素之一。简要概述了海洋风场的基本概念、风速的高度和时距特性、阵风谱和长期分布以及我国海面风场时空变换特征,阐述了海洋风场的准定常风、风切变、急流、大气紊流和随机风的典型数学模型以及风场数值模拟方法,着重分析了海洋风场建模仿真在飞行控制、飞行性能、落点精度等领域的应用研究进展。     

基于CFD的无人帆船襟翼帆空气动力研究

为推进无人帆船在海洋环境保护和资源勘测等方面的应用，为一款海上自动航行帆船设计了风帆结构，并进行气动性能分析。建立无襟翼帆、分离式襟翼帆和嵌入式襟翼帆3种翼帆模型，通过Fluent软件进行计算流体力学（CFD）计算分析，比较3种风帆的气动性能，分析变角度襟翼帆对风帆气动性能和对帆船推力提升理论的影响规律。结果表明，嵌入式襟翼帆对无人帆船风帆整体的气动性能具有提升的作用；随着襟翼帆偏转角的增大，风帆的升力系数和升阻比随之增大、帆船的推力系数明显增强，对帆船性能的提升具有较优的影响，促进无人帆船在推力提升方面的研究。     

高速布置型船舶的风帆设计及综合效能分析

针对国内研究较少的高速布置型船舶的风帆助航问题,基于船舶特点及风帆升阻力特性选定了帆型,设计了一套风帆加装方案。在结合历史气象统计数据的基础上,对风帆长期综合效能进行了分析。以一艘大连-烟台航线上高速客滚船为例,结合实船统计得到的此航线上的历史风场资源时空分布,对该船加帆后长期综合效能进行了计算,结果表明,所设计的风帆可较为显著地降低耗能并减少温室气体排放,具有良好的推广应用前景。     

基于海上航线风能资源特征的船舶风帆选型

将风帆装置的气动特性、船舶航线信息和典型航区风能资源特征相结合，提出一个船舶风帆选型方法。根据风洞试验数据分别计算并归一化圆弧形翼帆、滚筒帆、涡轮帆和天帆的风力助推系数和横漂系数；考虑不同航线上风力、风向的概率数据计算出不同风帆的助推指数和横漂指数，将每年12个月的助推指数和横漂指数相加得到总助推指数和总横漂指数；以不同风帆的总助推指数较大，兼顾较小总横漂指数的优选原则，确定最佳的风帆类型。以上海—香港航线和横滨—洛杉矶西段航线为例，利用这种风帆选型方法，计算出2个航线不同风帆助航装置的综合助推指数、横漂指数和总评价指数，确定了2条航线的最佳风帆装置，为船舶风帆的选型设计提供依据。     

基于WRF-SWAN模式的韦帕台风波浪场模拟

为获取更为准确的台风过程波浪模拟结果,将中尺度大气模式WRFD海面以上10 m处风速资料作为驱动风场提供给第三代海浪模式SWAN进行波浪计算,模拟了0713号"韦帕"台风的波浪场过程。模拟和实测资料比较结果表明WRF模式能较好地模拟韦帕台风过程,给SWAN模型提供高精度风场资料,WRF-SWAN模式能够较好模拟韦帕台风过程中海浪的演化和传播。     

基于EEDI能效指数的船舶风帆助航效能

航运业的CO_2排放量一直倍受环保组织的关注,因此降低船舶能效设计指数(Energy Efficiency Design Index,EEDI)也成为国际船舶标准研究的焦点。基于风帆气动特性及受力分析,结合风洞实验的推力系数极图,建立综合风帆推力效益模型,设计一型风帆助航方案,并对风帆在复杂风况下长时期工作的综合效能进行计算。结合台湾海峡气象数据,以一艘散货船为例,对厦门至高雄航线的船舶装帆后的经济、环保综合效益进行分析。综合计算结果表明,风帆助航船的节能效果显著,船舶能效指数显著降低。     

可收缩式双尾襟翼帆设计及性能研究

为了在保证船舶航行安全的前提下,促进船舶航运业充分利用海上清洁能源(风能),达到节能减排的目的。文中提出一种新型船舶助航风帆装置——可收缩式双尾襟翼风帆,其具有较传统风帆更自动、灵活的结构特点,即在有利风况下能伸展出更大的展帆面积,有效利用风能,同时保证在不利风况及船舶进出港口和装卸货时能自动折叠收帆,占用较小甲板面积,不影响船舶航行与货运安全.同时利用CFD软件对翼型的气动特性进行了数值模拟计算,并与传统风帆实验数据进行对比,证明其具有高升高阻的特性且推力系数较之传统风帆有显著提高.     

翼型风帆的气动力学分析研究

在NACA0006翼型和圆弧型风帆的基础上,针对船用助航风帆的特点设计出一种新型翼型风帆,并采用标准κ-ε模型,利用FLUENT软件对翼型在8个不同风向角下的空气动力特性进行了数值模拟计算,获得翼型风帆在8种不同风向角下的升力系数和阻力系数,并对计算风帆模型进行风洞试验,风洞试验得到的升力系数和阻力系数结果与模拟计算结果有较好的吻合,通过试验结果对比证明其升力系数比常规的矩形圆弧风帆有很大提高.     

半潜驳改造为坐底式风电安装船的设计及应用研究

为解决现有海上风电安装设备的不足,将原“三航工5”半潜驳改造为坐底式风电安装船,并研制了一套船体结构应力监测系统,对国内某海上风场砂性地质条件引起的冲刷和船底掏空进行监控,实际工程应用表明改造后的船舶在安全性和工效上满足坐底安装风机的要求。     

Modified environmental contour method for predicting long-term extreme responses of bottom-fixed offshore wind turbines

Predicting extreme responses is very important in designing a bottom-fixed offshore wind turbines. The commonly used method that account for the variability of the response and the environmental conditions is the full long-term analysis (FLTA), which is accurate but time consuming. It is a direct integration of all the probability distribution of short-term extremes and the environmental conditions. Since the long-term extreme responses are usually governed by very few important environmental conditions, the long-term analysis can be greatly simplified if such conditions are identified. For offshore structures, one simplified method is the environmental contour method (ECM), which uses the short-term extreme probability distribution of important environmental conditions selected on the contour surface with the relevant return periods. However, because of the inherent difference of offshore wind turbines and ordinary offshore structures, especially their non-monotonic behavior of the responses under wind loads, ECM cannot be directly applied because the environmental condition it selects is not close to the actual most important one.The paper presents a modified environmental contour method (MECM) for bottom-fixed offshore wind turbine applications. It can identify the most important environmental condition that governs the long-term extreme. The method is tested on the NREL 5 MW wind turbine supported by a simplified jacket-type support structure. Compared to the results of FLTA, MECM yields accurate results and is shown to be an efficient and reliable method for the prediction of the extreme responses of bottom-fixed offshore wind turbines.     

超大型风机安装平台自升状态下的运动响应频域分析

针对自升自航式海上风机安装作业平台在风浪较大的海上风电场区域作业时风、浪、流载荷较大,影响安全的问题,基于SESAM软件,建立海上风机安装作业平台有限元模型,在频域内计算了波浪载荷和运动响应传递函数,并进行响应谱分析。结果表明,平台运动响应受波浪周期和浪向角的影响较大,当桩腿接近海底时,有可能对导致桩腿触底,在船舶设计以及船舶实际作业时应注意避免这种现象发生。     

风电安装船风暴自存下总体性能分析研究

随着海上风电的快速发展,风电安装船作为建设海上风电场的关键设备得到了广泛应用,由于其工作于恶劣的海洋环境中,保证其安全尤为重要。本文针对一自升式风电安装船,探讨了其在风暴自存下的载荷种类和计算方法,应用ANSYS软件建立了整体结构的有限元模型,通过施加相应的边界条件和外载荷,对其总体性能包括全船结构强度、锁紧结构承载性能、预压载性能、抗倾稳性及桩靴承载性能进行了分析。分析结果表明,风电安装船在风暴自存工况下总体性能满足使用要求。论文研究成果可为同类船型的设计分析提供参考。     

基于条件的近岸风能维修策略综述（英文）

The existing maintenance strategies of offshore wind energy are reviewed including the specific aspects of condition-based maintenance, focusing on three primary phases, namely, condition monitoring, fault diagnosis and prognosis, and maintenance optimization. Relevant academic research and industrial applications are identified and summarized. The state of art, capabilities,and constraints of condition-based maintenance are analyzed. The presented research demonstrates that the intelligent-based approach has become a promising solution for condition recognition, and an integrated data platform for offshore wind farms is significant to optimize the maintenance activities.     

海上风机吸力式桶形基础竖向承载力特性研究

吸力式桶形基础作为一种新型的海上风机基础,正逐渐以单桶或者多桶组合形式被应用于海上风机支撑基础设计中。然而目前对应用于海上风机基础的桶形基础的极限承载力的研究仍存在研究不全面和结果不统一的问题。本文以宽浅型单桶基础为例,采用有限元软件Abaqus对海上风机吸力式桶形基础在饱和黏土地基中的竖向承载特性进行三维有限元分析。考虑桶土接触面分离条件对极限承载力和土体破坏模式的影响,并且对桶形基础长径比、土体的有效重度以及土体不排水抗剪强度分布对桶形基础竖向极限承载特性的影响进行分析。研究成果可以为海上风机吸力式桶形基础设计提供参考。     

海上风电单桩稳桩平台的结构设计与安全性评估

根据海上风机基础的打桩作业要求,设计一种单桩稳桩平台,并利用ANSYS APDL软件对单桩稳桩平台在打桩作业工况、遭遇台风工况等极端典型工况的结构强度、整体稳定性和单桩稳定性进行校核。结果表明,设计的稳桩平台可满足海上复杂环境下单桩基础的定位、导向和沉桩等技术要求,为海上风电单桩稳桩平台的结构设计和安全性评估提供参考。     

航行工况下自升式风车安装船强度直接计算研究

自升自航式风车安装船为海洋工程专业特种船舶,在风机运输,安装中有很高的实际利用价值。采用直接计算法,对航行工况下自升自航式风电安装船的总强度进行评估。建立了船体和桩腿的有限元建模,基于三维势流理论对波浪垂直弯矩进行长期预报,得到风车安装船在典型装载工况下的设计波参数,将船舶在设计波中的重力、静水压力、水动压力、惯性力等施加到模型上进行直接强度分析,对航行工况下船体和桩腿的强度进行了校核。本文的计算方法及结果可为自升自航式风车安装船的整体强度评估、船体结构优化提供有效依据,并且对同类工程船的设计开发具有指导意义。     

海上风电场运维船配备优化方法

海上风电场运维船配备优化是以运维船类型和数量为目标的多目标优化问题。设置近远海风电场和海上风电故障类型两个判别参数，将多目标数学模型简化为包含两个函数变量的单目标模型。海上风电场每月运维工作量函数变量采用反向传播(Back Propagation, BP)神经网络方法求解，而作业窗口期函数变量采用建立海上风电场运维船作业窗口期4维图谱的方式完成取值，完成海上风电场运维船配备优化数学模型的运算流程。海上风电场运维船配备优化可提升海上风电场运维管理系统的智能化程度。