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座头鲸具有的前缘突起的肢状胸鳍,为其扑食回转提供强大的动力。受此生物学特性启发。本文作者开展了以NACA634-021为基本翼型和相应的仿生凹凸前缘翼型的气动特性、流场特性以及凹凸前缘流动控制机理研究。在此基础上,对典型的风力机翼型DU40、DU18的仿生凹凸前缘流动控制进行了实验研究和数值计算研究；同时对仿生凹凸前缘叶片和光滑叶片进行实验研究。针对以NACA634-021翼型为基型的光滑翼段和凹凸前缘翼段模型,在0。～90°攻角,采用三分量测力天平和粒子图像测速仪(PIV)于直流风洞中分别测量升力、阻力、俯仰力矩等翼型气动特性和流速、涡量、边界层等流场特性,开展仿生凹凸前缘流动控制的有效性和作用机理的实验研究。实验结果表明：与光滑翼段相比,凹凸前缘翼段的失速特性更为平缓,失速后气动特性有明显改善,其中升力系数提高可达18%,升阻比可增加12%,阻力系数减小10%,在30°～80°高攻角区内凹凸前缘仍然具有一定的效果；通过分析,凹凸前缘翼型对失速控制的作用机理在于：当气流绕过凹凸前缘后,气流被引导环绕凸峰运动,在每个凸包的两侧产生一对反向旋转的流向涡结构,该涡结构作用范围不仅仅局限在边界层内,加强了边界层内部和外部势流的动量交换,进而增强了翼型抵御逆压梯度的能力,降低了吸力面的负压梯度,推迟了流动分离,失速得以延缓。同时分析了流向涡环量的变化趋势,在攻角17°～25°之间其环量值在变化很小,使得翼型失速平缓。依据凹凸前缘流动控制机理,对凹凸前缘的有效高度与边界层heffc/δ的比值进一步分析,发现heffc/δ小于1,其范围在0.1-0.5之间能有效改变翼型的失速特性与微小涡流发生器作用相似。通过DU40和仿生凹凸前缘DU40-25wavy、DU40-11wavy和1DU18和仿生凹凸前缘DU18-25wavy、DU18-11wavy的气动力特性实验研究表明,在高攻角区域凹凸前缘翼型都能提高升力系数,在低攻角区域11wavy翼型更有优势气动升力相比光滑减小幅度较小。通过计算DU40和仿生凹凸前缘DU40-25wavy、DU40-11wavy和DU18和仿生凹凸前缘DU18-25wavy、DU18-11wavy在低攻角区域和高攻角区域的流场和压力系数分布表明,凹凸凸起对于压力系数的分布有较大的影响,在低攻角区域由于凹凸前缘的影响较弱压力差提高幅度较小,在高攻角区域由于凹凸前缘引起的流向涡强度增大,压力系数在翼型的前缘差值增大,提高了升力系数。另夕11wavy翼型提高幅度较大,表现了更优异的气动性能。在双叶片风机实验台上进行了光滑叶片和凹凸前缘叶片的风洞试验,结果表明：对于凹凸前缘叶片,在来流风速和尖速比分别与光滑叶片保持相同的情况下,凹凸前缘叶片扭矩增大15.6%,推力减小9.7%,功率系数提高可达到22%。