风力机的非定常空气动力特性和三维旋转效应是目前风力机气动特性计算中最具有挑战性的研究内容。本文的研究将这两者结合起来,给出考虑旋转影响的风力机非定常气动特性的计算方法。 当风轮进入紊流状态时,对经典的动量—叶素理论加以修正,修正后的计算结果为非定常和动态失速模型提供输入的气动参数。以 Leishman-Beddoes 模型为基础,对动态翼型气动特性分为非定常附着流、非定常分离流和动态失速三个部分进行模拟。在旋转的作用下,流动分离向下游延迟,结果大大改变了风力机叶片的气动特性,本文将给出考虑旋转的风力机叶片非定常气动特性的计算方法。在叶片表面边界层的理论分析基础上结合计算结果,提出三维旋转效应对叶片表面的紊流边界层的分离影响的解析表达式,使得考虑三维旋转效应的计算大大简化;将三维旋转效应模型耦合于非定常空气动力与动态失速模型中,并通过适当的气动假设,从而计算三维旋转效应下风力机叶片的非定常法向力、弦向力和俯仰力矩等空气动力特性。 最后,本文将风力机叶片在不同风速、侧偏角时的气动载荷计算结果与实验结果进行了比较和分析,结果表明,考虑旋转效应改进了风力机气动载荷的计算,总体上与实验值吻合得较好。由于本文的方法计算快速、简便,因此它不仅能够用于风力机叶片的非定常气动特性计算,还可耦合于风力机的结构、动力学和噪音的计算和分析,为其提供可靠的气动输入。