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HawtC 优势

理论创新

• 1、基于四元数的运动学变换方法，打破FAST¹ /Bladed的小角度假设，实现了高精度运动描述和计算
• 2、具有自主知识产权的截面特性计算方法，打破IVABS 和BECAS 的长期垄断
• 3、全耦合的高效多目标优化算法，支持气动-结构-控制-水动力全流程优化设计，打破传统人工优化设计的低效性
• 4、基于共旋方法建立了各向异性几何非线性共旋梁方法，打破了传统拉格朗日方法和几何精确梁方法的低效性，实现了少分段、大步长、高精度的叶片非线性计算。
• 5、首次基于Kane方法推导了叶片、塔架TMDI的运动学和动力学公式，并将其耦合到了多体动力学当中，实现了气动-结构-控制-水动力-TMDI控制的全链路耦合计算。借助接口模型APIL与多目标优化模块MoptL实现了复杂风-波-浪耦合的叶片TMDI多目标优化设计
• 6、提出了实时数据驱动与多目标耦合的优化算法,通过建立真实数据参考向量,解决了传统数据驱动方法预测结果差,模型泛化能力弱的问题,大幅提高了优化效率和预测精度.
• 7、攻克了叶片铺层(结构设计)-叶片翼型应力(安全性设计)-叶片气动(高效气动外形设计)的超长柔性叶片耦合设计难题，实现了大型机组的翼型-叶片-整机耦合的设计方法，并提供了建模和仿真工具。

技术创新

• 1、完全的100%基于c#的原生代码，采用面向对象的编程形式，打破仿真软件的国外垄断
• 2、具有完全的CLI系统、支持界面/命令双向操作的面向开发者的可执行命令
• 3、提供了面向Python/c++等用户的动态链接库和手册支持，方便与其他软件耦合

0、How To Use?

HawtC 是部分开源且免费使用的计算软件，需要您申请免费的许可证来使用，我们提供了自动化的许可证管理系统，您只需要登录我们的

网站：http://www.hawtc.cn 或 http://www.openwecd.fun/ 获取支持！

🧑‍💻 开发环境

01、当前开发进度与功能

我们的目标是实现Bladed的全工况覆盖，并逐步开发UI界面（技术验证已经完成！，使用C# AOT来实现界面，可下载HawtC.UI来体验预览） 与Bladed的模块功能对比实现进度：

01.1 功能与模块对比

Bladed模块	OpenFAST对应模块	HawtC对应模块	HawtC完成进度与支持情况	HawtC模型
Modal Analysis	Bmodes(非OpenFAST模块)	BeamL	✅基本实现，还在开发	✅CR/✅TK/⚠️GEBT
Wind Turbulence	TurbSim	WindL.SimWind	✅完成	谐波叠加、风谱模型
Earthquake Generation	Earthquake	SubFEML	❌ 已规划，未开发	线性有限元
Sea State	Sea State(V4.0.0)	HydroL.WaveL	✅完成	JS/PM 谱模型
水动力模块	HydroDyn	HyderoL	⚠️只支持Spar平台	❌势流理论（计划开发）、✅Morison方程
Aerodynamic Information	AeroDyn	AeroL/BeamL	✅完成	BEMT/FVM 以及动态失速Oye
Performance Coefficients	AeroDyn(不支持柔性Cp)	AeroL/BeamL	✅完成,❌ 柔性Cp未开发，可以使用MBD平替	-
Steady Power Curve	AeroDyn	TurbineL	✅完成	-
Steady Operational Loads	AeroDyn	TurbineL	✅完成	-
Steady Parked Loads	AeroDyn	TurbineL	✅完成	浮动坐标法
Model Linearisation	FAST主模块	MSAL/TurbineL	⚠️ 正在开发当中。。。	-
Electrical performance	-	-	❌ 不支持	-
Power Production Loading	BeamDyn/ElastoDyn	AeroL/MBD /ControL /HydroL/SubFEML/BeamL	✅完成	耦合模型
Normal Stop	-	AeroL/MBD /ControL /HydroL/SubFEML/BeamL	⚠️ 可以模拟，但是没有直接提供功能选择，开发中	耦合模型
Emergency Stop	-	AeroL/MBD//ControL /HydroL/SubFEML/BeamL	❌ 错误控制模块位于ControL当中，尚未开发	耦合模型
Idling	BeamDyn/ElastoDyn	AeroL/MBD /BeamL	✅完成	耦合模型
Parked	BeamDyn/ElastoDyn	AeroL/MBD /HydroL/SubFEML/BeamL	✅完成	耦合模型
Hardware Test	-	-	❌ 不支持	-
Post Processing	-	PostL	✅ 部分支持（年发电量、疲劳载荷，极限载荷，雨流计数以完全支持！）	S-N疲劳损伤理论、雨流计数法
Bladed API	pyOpenFAST	APIL	外部应用接口，独有且便捷	-
Batch	❌ 不支持	Batch	⚠️ 支持大部分工况的批次处理和运行，但代码尚未完善	-

01.2 独有功能

Bladed模块	OpenFAST模块	HawtC对应模块	功能	原理与模型
❌不支持	IVABS(非OpenFAST模块)	✅ PCSL	梁截面参数计算工具，独有	FEM
❌不支持	❌不支持	✅ MoptL	多目标并行优化算法程序，独有	NSGA2/GDE3/MCell(改进的多线程c#实现)
❌不支持	❌不支持	✅ APIL/MoptL	整机全参数一体化优化，独有	耦合模型
❌不支持	❌不支持	✅ WTAI/MoptL	数据驱动与实时数据驱动代理模块，独有	Python、C++接口以及内置BP神经网络
❌不支持	✅ VTK支持	✅ VTKL	数据显示与动画输出模块	-
❌只支持TMD	⚠️只支持TMD(支持基础/塔架/叶片等结构)	✅ TMD/TMDI(独有叶片)/陀螺仪	TMD/TMDI/陀螺仪下的减振计算	MBD/FEM 多体动力学-有限元耦合模型的耦合

HawtC 与 OpenFAST/Bladed 4.11 计算验证对比

1. 与OpenFAST对比的陆上IEA 15MW 稳态无风剪切验证

1）验证结果

http://www.openwecd.fun/data/稳态无风剪切Compare.html

2）验证程序

http://www.openwecd.fun/data/稳态Compare.ipynb

2.与OpenFAST对比的陆上IEA 15MW 湍流风的验证

1）验证结果

http://www.openwecd.fun/data/湍流Compare.html

2）验证程序

http://www.openwecd.fun/data/湍流Compare.ipynb

3.HawtC.AeroL 气动力模块 与 Bladed 4.11 计算验证对比

4.HawtC.MBD.VTK 多体动力学可视化的NREL 5MW Spar海上漂浮式风力机测试

HAWTC.FARM:

5.HawtC.BeamL 非线性梁(3D共旋梁理论)模块的验证

6.HawtC.HydroL.Wave 水动力波浪生成模块验证

该模块已经通过了与Bladed 4.11的验证,如下图所示:左面为Bladed4.11的波浪谱,有图为HawtC2计算的波浪谱.

Blade	HawtC

7.HawtC.HydroL.MoorL 水动力波浪生成模块验证

该模块完全耦合了OpenMoor²与MoorDyn³模块,以计算系泊力.同时，我们自己的系泊动力学MoorL模块还在开发当中，以支持风场状态下的共享系泊。

图片来源于http://openmoor.org/

8.HawtC.PCSL 截面特性计算验证

Beta V2.0.014及其之后版本支持FEM方法计算截面特性以及翼型网格自动化算法,输入文件参考了PreComp开源软件的输入格式,但是算法完全不一致.该软件包支持API函数自定义计算实现.

案例1 均匀矩形截面验证

1、截面模型网格

2、计算结果

案例2 非均匀矩形截面验证

1、截面模型网格

2、计算结果

案例3 圆环结构

1、截面模型网格

2、计算结果

9.HawtC.WindL.SimWind 湍流风生成模块验证

该模块与OpenFAST.TurbSim 模块功能类似,下面是ETM风模型:

10.HawtC.MoptL 整机一体化优化模块数据驱动脚本

请查阅文件,了解范例接口:

• 脚本类语言接口(Python/R/Julia/Matlab): BP神经网络模型:DemoBPNetWork.py

  自然神经网络模型:DemoBPNetWork.py

• 编译形语言接口(C/C++/Fortran/c#):

  c++接口模版:MoptL数据驱动案例.sln

源代码下载

请访问www.HawtC.cn

交流论坛

交流论坛 http://www.openwecd.fun:22304/

开发者

✨ 开发者

参考文献

Footnotes

1. https://github.com/OpenFAST/openfast ↩

2. Chen, L., Basu, B. & Nielsen, S.R.K. (2018). A coupled finite difference mooring dynamics model for floating offshore wind turbine analysis. Ocean Engineering,162, 304-315 ↩

3. https://github.com/FloatingArrayDesign/MoorDyn?tab=readme-ov-file ↩