Spar平台是海上漂浮式风力机的一种基础平台,起初是用于深海油气开采、生产和加工处理,是深海油气勘探开发最重要的发展概念之一 [5 ] 。在漂浮式风力机项目的研究中,1991年英国贸易工业部首先开发出一种Spar式的海上漂浮式风力机FLOAT ,之后根据不同条件又出现其他Spar式漂浮式风力机的概念设计并进行样机示范运行,其在风浪下的稳性较好,并且建造比较方便 [6 ] 。由于Spar 平台基础为单柱式,在海流中因为漩涡自主周期性地脱落会产生很大的涡激力, Spar平台涡激运动问题自从在生产运营过程中发现起,就在工程上引起了很多关注,目前国际上已经有多家研究机构先后展开 Spar平台涡激运动方面的研究 [7 ] 。Jun 等[ 8 , 9 ] 通过模型试验和数值模拟方法对Spar平台的垂荡和纵摇耦合运动进行研究对比,发现在经典 Spar平台上附加螺旋侧板和垂荡板可以有效地降低平台发生垂荡共振时的幅值,但在考虑系泊效应时发现有无系泊缆对共振情形下的纵摇不稳定运动没有明显抑制作用。 Van　Dijk 等 [10 , 11 ] 在Truss　Spar概念提出不久后便在荷兰 MARIN 水池进行模型试验,通过在静水中拖曳模型以模拟相对流速,研究其在均匀流下的涡激运动响应特性,并在后续研究中模拟探讨了锚泊系统对平台涡激运动的影响。 Koo等 [12 ] 考虑系泊效应,利用改进Mathieu方程对经典 Spar平台在规则波中的垂荡、纵摇耦合运动进行了数值模拟,发现系泊缆会增加平台纵摇阻尼并使结构的纵摇固有频率发生改变,可以起到抑制不稳定运动的作用。王兴刚等 [13 ] 联合应用边界元法和几何非线性有限元方法研究Spar平台和系泊缆在不规则波中的耦合运动响应时发现,缆索刚度和初张力的增大可以减小Spar平台的纵荡位移,但对垂荡和纵摇位移基本无影响。沈文君 等 [14 ] 用数值模拟研究了TrussSpar 平台在随机波浪中时域垂荡运动,发现当波浪特征周期接近平台垂荡固有周期时,平台将产生 大幅度垂荡运动,并且随着有义波高增大,平台垂荡运动愈剧烈。郝志永等 [15 ] 利用 CFD 数值计算结合粒子图像测速系统分析探讨了螺旋条纹列板对柱式结构上尾涡周期性脱落的抑制作用,发现螺纹高度越高,螺旋列板对漩涡结构的破坏效果越强。由此可以看出, Spar平台的涡激运动是非常复杂的问题,其中涉及到平台主体特征、锚泊系统特性和海洋环境等,对结构的垂荡运动性能有很大的影响,而对应研究基本是关于浮式生产系统和海上石油平台,很少有关于海上漂浮式风力机 Spar基础的相关研究。本文结合以往海上石油平台的研究经验,借鉴采用在系泊平台柱身外围的螺旋板的方式,对该方法在 Spar 式漂浮式风力机平台的运动性能中能否起到改善作用进行探讨,并对比了不同水深条件下结构的频域特性变化。2　 环境载荷与海上石油平台不同,除基础平台上的载荷冲击外,作用于风力机上的风载荷引发的翻转运动同样是漂浮式风力机设计需要考虑的问题 [16 ] 。漂浮式风力机所受环境载荷包括由环境载荷引起的所有外力,如系泊力、运动惯性力和液舱晃荡力等。漂浮式风力机所受环境载荷主要来自风、浪、流,还有内波、地震和海冰(大块浮冰或冰山),本文仅涉及前三种载荷。