船型浮式生产储卸油平台（FPSO）是一种集油气开发、生产处理、储存外输和人员居住于一体的海洋石油开采工程装备。FPSO多采用单点系泊系统锚泊在海上,能够通过风向标效应自动调整到环境载荷最小的方位规避风浪的破坏力。海上实践表明,在特定波长的规则波下,FPSO会失去艏摇控制,风向标效应失效,船体会在接近横浪的状态下平衡。本文针对这种不可预测的艏摇角改变的现象即为艏摇失稳现象展开研究。开展了内转塔式FPSO在规则波中的艏摇失稳试验。针对一艘经典船型的FPSO采取1:80的缩尺比制作模型,设计了截断的系泊系统,研究了平衡艏摇角随波长船长比的变化关系。建立了规则波中的单自由度艏摇非线性方程,基于水动力计算软件SESAM计算FPSO的水动力参数,基于Lyapunov稳定性定理和Hamilton相流研究了平衡艏摇角随波长船长比的叉形分岔现象,通过与模型试验的对比验证了该理论方法的正确性。通过参数敏感性分析研究了横摇和纵摇阻尼、内转塔距重心的距离以及载况等因素对平衡艏摇角的影响。基于系泊浮体的六自由度全耦合方程编写了数值求解程序,分析了发生艏摇失稳对六自由度响应的影响,并研究了波陡和初始艏摇角对艏摇失稳现象的影响。研究了FPSO在随机波中的艏摇失稳机理。通过Newman近似考虑慢漂激励载荷,建立了随机参数激励下的艏摇运动方程。基于能量包线随机平均法求解了艏摇角的平稳概率密度函数,通过与Monte Carlo模拟的对比验证了解析方法的可靠性,给出了应用能量包线随机平均法时的阻尼适用范围,并通过参数敏感性分析研究了波浪参数、横摇和纵摇阻尼以及内转塔位置等因素对艏摇响应的影响。