随着人类对能源消费结构的调整,各国政府加大了对风能资源开发的政策支持和资金投入,尤其是在海上风能资源的开发利用上,海上风电行业发展前景可观,且逐渐向大型化、规模化和深远海海域化发展。因此,海上风电项目的开发对海上风剖面的测量提出了更高的要求,但传统的测风塔技术不能满足行业发展的需求,而海上浮动式激光雷达测风浮标(FLiDAR浮标)技术应运而生,其在使用的灵活性、测风能力和成本等方面具有绝对的优势,是未来海上测风领域的发展方向。然而,我国关于FLiDAR浮标系统的开发和应用还处于初始阶段,相应的研究工作不多。此外,国外现有的解决方案,大都是在传统的浮标体上改装而成,还存有不足之处。因此,一新型FLiDAR测风专业浮标系统的开发,对促进我国海上风电行业的发展有着明显的战略意义和经济价值。本文对FLiDAR测风技术、国外典型的技术解决方案以及相应的关键问题进行了总结和分析,以此为基础,并考虑我国近海海域的环境特征,提出了一种新型的三体组合式FLiDAR浮标系统概念——Triple Hull Combined FLiDAR Buoy(THC FLiDAR浮标)。论文中对THC FLiDAR浮标系统进行了概念设计、完整稳性分析、频域内的水动力及运动响应分析、时域内浮标体与系泊系统耦合的运动响应分析等。主要内容包括以下几个方面:1.通过文献收集和资料整理的方法,系统地介绍和总结了国际上典型的FLiDAR浮标系统解决方案,并对其中的关键问题进行了阐述和分析;考虑新型FLiDAR浮标在我国近海海域的适用性,对其目标海域水深条件和海况条件的选取,测风激光雷达关键设备的选型、浮标供电子系统的设计和浮标体的结构形式选型进行了分析和说明,对THC FLiDAR浮标系统进行了具体的概念设计,包括浮标的结构组成及技术特点、主要设计参数、安装布放方法和完整稳性分析等。最后所设计的浮标系统均能满足相应的技术要求,而且具有优异的稳性性能。2.考虑粘性阻尼的影响,应用AQWA程序对浮标体的水动力及其幅频运动响应进行计算和分析,并对其进行了频域内的短期预报分析。结果显示,浮标体呈现出较为良好的水动力特性,在重点关注的纵摇、横摇和垂荡运动响应值上相对较小,且固有频率能够避开波浪的主能频率范围,满足我国行业标准的要求;此外,在频域范围内探究了浪向角、水深变化和小浮体间距对浮标幅频响应的影响。结果表明,浪向角和小浮体间距间距的变化对其RAOs的影响较大,水深的变化对其几乎无影响。3.系统地总结了海洋资料浮标常用的系泊方式,并以此为基础,在时域范围内通过对比不同系泊方式下浮标体的运动响应情况及系泊缆张力大小,来对THC FLiDAR浮标的系泊方式进行选型分析和研究,并最终确认选用单点系泊方式;4.在作业海况和极限海况条件下,应用AQWA程序对浮标进行了时域耦合分析,包括运动响应及系泊缆的计算和统计分析,并依据相应的行业标准和规范对其结果进行校核及说明。结果表明,系泊系统对浮标体运动响应的控制良好,满足设计的要求,即使在50年一遇的恶劣海况下,THC FLiDAR浮标的系泊系统依然具有较高的安全系数余量,充分表明其具有足够的安全性和较强的生产能力。