由于浮动海上风力涡轮机（FOWTs）在深水中的适应性和潜在的经济可行性，其开发已成为主流[1]。波浪水池模型试验是FOWT设计的重要组成部分，用于系数识别、响应验证和新概念评估等目的。基于数十年来对海洋浮动结构模型试验的研究和实践，确保了弗劳德数的守恒，从而保持了结构几何形状、水动力载荷和结构运动的相似性[2]。因此，弗劳德相似性准则也被应用于浮动海上风力涡轮机的波浪水池试验中。然而，采用弗劳德数缩放的叶片会导致空气动力载荷和转子运动与全尺寸涡轮机之间存在差异，因为雷诺数（表征叶片翼型相似性）的守恒并未得到保持。弗劳德数缩放律和雷诺数缩放律之间的固有不兼容性对波浪水池模型试验在浮动海上风力涡轮机应用中的适用性构成了重大挑战。
先前的研究探索了两种重新设计空气动力转子的方法。最初引入的推力盘方法旨在捕捉主要的空气动力推力，同时忽略了空气动力扭矩和共振响应，这些因素对FOWT的运动响应影响较小[[3], [4], [5]]。推力盘方法还可以通过在机舱后端放置质量块来模拟陀螺效应，并能够平均湍流风场中的风速空间不均匀性。尽管推力盘在模拟空气动力载荷方面存在局限性，但在主要关注FOWT的水动力运动响应的情况下仍然适用[6]。另一种方法是重新设计叶片，使其具有较低的雷诺数，以更好地再现原型叶片的空气动力特性，相比几何缩放方法更为有效[[7], [8], [9]]。尽管在叶片重新设计过程中改变了几何配置和质量分布，但在引入实时混合模型试验之前，这仍然是实现波浪水池试验中最佳空气动力性能的最有效方法[11]。
实时混合模型试验，也称为软件在环（SiL）、硬件在环（HiL）和模型在环（MiL）试验，是近年来开发的最为先进的方法之一。实时混合模型试验的概念最初由日本研究人员提出，用于高层建筑试验，以模拟地震效应下的惯性力和阻尼。大约十年前，实时混合模型试验被引入到海洋工程领域[12]。在FOWT的波浪水池试验中，涡轮机转子通过数值方法进行建模，空气动力载荷按全尺寸计算，根据弗劳德定律进行缩放，然后通过控制执行器应用于弗劳德数缩放的FOWT子结构。
在FOWT的实时混合模型试验中，可以使用两种类型的执行器：缆式伺服电机和风扇式伺服电机。Hall等人[13]开发了一种使用双缆缆驱动平行机构（CDPMs）的实时混合模型试验框架；后续研究将这种方法扩展到了六缆CDPMs[[14], [15], [16]]。类似无人机旋翼叶片的导管风扇式执行器可以通过旋转产生推力，以模拟陀螺效应。通过在不同位置和方向放置多个导管风扇，可以将空气动力载荷应用于物理子模型[[17], [18], [19]]。实时混合模型试验为解决弗劳德数缩放律和雷诺数缩放律之间的不可调和不兼容性问题提供了潜在的解决方案[20]。
在之前的实时混合模型试验中，数值转子建模通常保持一致，使用了FAST[13,19]、OpenFAST[21]和AeroDyn[15]软件。控制系统主要基于Bladed-style DISCON控制器，该控制器实现了数值风力涡轮机模型的可变俯仰控制。由于执行器性能的限制，通常假设转子是刚性的，并忽略了塔架上的风载荷。然而，这一假设的影响尚未明确。迄今为止，验证工作主要集中在通过三种主要方法评估实时混合模型试验系统中硬件的可靠性：与物理模型试验的比较[13]、通过虚拟试验验证可行性并分析影响因素[14,22]，或验证耦合系统的载荷精度[19,21]。
尽管实时混合试验在FOWT中的应用非常广泛，但在实际试验约束条件下，数值和实验简化的有效性和影响仍缺乏充分研究。本研究的主要贡献有两个方面：(1) 在实际实验约束条件下（包括降低的载荷自由度和有限的水深），开发了一种用于浮动海上风力涡轮机的实时混合试验框架。在此框架内，设计并实现了一种截断式系泊系统。(2) 进行了交互式的数值-实验验证，其中使用数值模拟来研究数值转子简化和载荷误差对混合试验响应的影响，同时利用实时混合试验数据系统地评估数值模型在风和波浪条件下的平台运动响应预测能力。本研究为未来在降低系统复杂度的情况下进行混合试验和验证数值模型提供了实用参考。
