# HawtC.Public
**Repository Path**: open-wecd/HawtC.Public
## Basic Information
- **Project Name**: HawtC.Public
- **Description**: 国产开源水平轴风力机设计仿真软件，耦合气动-结构-伺服-水动力。用于浮式海上风力发电机（FOWT）动态仿真的开源水平轴-气动-波浪-湍流耦合（HawtC）工具。该工具支持风力发电机叶片和塔架的调谐质量阻尼器和调谐质量惯性阻尼器的动态耦合仿真
- **Primary Language**: C#
- **License**: Apache-2.0
- **Default Branch**: main
- **Homepage**: http://www.hawtc.cn
- **GVP Project**: No
## Statistics
- **Stars**: 9
- **Forks**: 3
- **Created**: 2025-03-17
- **Last Updated**: 2025-11-29
## Categories & Tags
**Categories**: cae
**Tags**: None
## README
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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FAST[^1] /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OpenMoor[^2]与MoorDyn[^3]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/](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](./data/Mopt/Python脚本/DemoBPNetWork.py)
自然神经网络模型:[DemoBPNetWork.py](./data/Mopt/Python脚本/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](./data/Mopt/C++脚本/MoptL数据驱动案例/MoptL数据驱动案例.sln)
## 源代码下载
请访问[www.HawtC.cn](http://www.openwecd.fun/)
## 交流论坛
交流论坛 http://www.openwecd.fun:22304/
## 开发者
✨ 开发者
#### 参考文献
[^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
[^4]: Amaral J P A. A cross section analysis tool for anisotropic and inhomogeneous beam sections of arbitrary geometry[J].