全球气候危机的严重性日益明显。2024年，地球经历了有记录以来最热的一年，年平均气温首次超过了关键的1.5°C阈值（GWEC，2025年）。与此同时，信息技术行业的电力消耗急剧增加。对可持续和低碳能源的需求达到了前所未有的紧迫性。在可再生能源选项中，FOWT因其巨大的发展潜力、优越的容量系数和显著的经济贡献而脱颖而出（DNV., 2024; IRENA, 2024; Subbulakshmi et al., 2022; Zhang et al., 2025）。
FOWT的动态稳定性和操作可靠性对于保证其长期安全性和一致的性能至关重要。设计出一种成本效益高、坚固的浮动基础（Ojo et al., 2022），以及安全、高效的运输和安装策略（Hu et al., 2024; Jiang, 2021; Shi et al., 2024; Wan et al., 2024），是FOWT设计创新的核心。这些努力是当前浮动风能系统研究中的重点。
复杂的海洋环境条件、拖运船队的配置以及拖运系统的显著非线性动态共同决定了拖运操作的设计和优化。在早期的工作中，Ding等人（2017年）探讨了一种提议的潜入式张力腿平台风力涡轮机（STLPWT）的稳定性特性，该涡轮机设计为自稳定运输，并评估了湿拖运过程中的运动响应和拖缆张力。2021年，他们为DTU 10兆瓦风力涡轮机开发了两种新型半潜式基础，并进行了全面的波浪水池实验以验证数值模拟模型的准确性（Le et al., 2021）。同年，Mas-Soler等人（2021）为同一风力涡轮机模型提出了一种四柱先进自由浮动张力腿平台（TLP），并在平静水和波浪条件下对其水动力特性进行了实验研究。Zhu和Hu（2021）对三角形TLP的湿拖运配置进行了实验。他们使用线性积分公式解决了船舶吃水问题，便于在分析框架中考虑水体之间的水动力相互作用。
一些研究人员最近对FOWT的拖运阻力进行了研究，并改进了数值模拟方法以提高准确性。Chen等人（2024）使用StarCCM+（西门子，2023）中的计算流体动力学（CFD）方法和经验公式，研究了5兆瓦FOWT系统在平静水中的拖运阻力特性，并在ANSYS-AQWA（Ansys，2020; Chen et al., 2026a, 2026b）中开发了一种可靠的拖运模拟方法。他们进一步对一种先进的16兆瓦FOWT进行了细致的拖运阻力评估（Gao et al., 2025）。Tang等人（2026）最初为IEA 15兆瓦FOWT的拖运系统开发了一个耦合数值建模框架，在没有空气动力耦合的情况下评估了运动响应，并通过系统分析验证了所提出的模拟方法。一项研究专注于基于势流的方法，以及结合势流和Morison方程的混合方法，用于DeepCwind半潜式平台的5兆瓦FOWT（Ramachandran et al., 2024）。相应的数值预测随后与实验结果进行了比较和验证。Yin等人（2024）为12兆瓦FOWT与INO WINDMOOR半潜式平台在不同拖运速度下的实验设置和配置进行了研究，并定性考察了潜在涡流诱导运动（VIM）的缓解措施。Roberts等人（2025）研究了迎风海况下增加的波浪阻力的影响，并讨论了传统建模方法的固有限制，以及使用船舶模拟器分析FOWT拖运操作的有效性。Jayachandran Nair（2020）发现，最佳拖点随着海况的变化而略有变化；然而，将其定位在浮力中心附近可以获得更好的性能。该研究还验证了传统静态分析方法和耦合动态建模在安全评估中的工程适用性。
其他学者研究了拖运结构不是FOWT的场景下的拖运系统动态特性。Berg（2017）评估了拖缆的特征张力响应，并为特定概念（如钻井半潜式平台）定义了操作阈值。此外，他还评估了操作可行性并确定了受限拖运操作的天气窗口。Zhang等人（2023）研究了刚性桁架和柔性拖网系统的动态特性。Hope（2021）提出了一个多体动态分析框架，并使用Hywind Tampen项目作为典型案例研究，验证了其在拖运安全评估中的工程适用性。
尽管对FOWT的拖运过程进行了大量的数值模拟和实验研究，包括更大容量的模型，但风载荷对FOWT运动的影响被忽视了。对于具有较大转子直径的FOWT来说，这一点尤其令人担忧。此外，仍需探索一种成本效益高且优化的拖运系统布局。为了克服在拖运大容量FOWT的数值模拟研究中的局限性，在三种不同的拖运系统设计下比较分析了遭遇频率、风载荷、运动响应和拖运过程中的缆绳张力。本案例研究使用了安装在VolturnUS-S平台上的国家可再生能源实验室（NREL）IEA 15兆瓦FOWT。本研究的主要成就如下：
(1)将OpenFAST模块计算出的风载荷纳入大容量FOWT湿拖运过程的数值模拟中。
(2)在拖运模拟中评估了三种新型拖运系统设计。基于对可行性、经济性和安全性的全面评估，提出了一种推荐的缆绳系统设计和拖运速度，为未来大容量FOWT的数学建模和实验提供了参考。
本文的结构如下：第2节建立了用于湿拖运系统的非线性动态数值模型。第3节描述了在ANSYS-AQWA中建模的三种缆绳系统配置以及IEA 15兆瓦FOWT和拖船的参数。第4节阐述了拖运系统在频域中的响应幅度算子（RAOs）。第5节进行的时间域模拟揭示了系统的非线性运动响应。最后一节提供了主要发现和结论性意见。框架如图1所示。
