由于自然风的复杂多变,使得风力机在运行过程中时常处于动态偏航状态。在对偏航工况的研究中,通常采用改变不同的固定偏航角来探究偏航对风力机气动性能的影响,往往忽略了风向与风速一样具有变化性。风向变化使得风轮在旋转过程中具有三维非定常特性,风力机总体性能发生改变,因此考虑风向变化来研究风力机的气动性能具有更加重要的实际意义。本文以课题组自主研发的某S标准翼型三叶片水平轴风力机作为研究对象,采用数值模拟与实验相结合的方法进行研究。数值模拟方面,在Fluent求解器利用滑移网格和UDF自定义程序开展风向匀速变化下与风轮气动性能相关的研究。实验方面,在B1/K1式低速风洞开口段定量地分析该翼型在不同工况下叶片气动中心线上沿叶片展向所受最大主应力与最大切应力的变化情况及风轮输出功率。本文主要研究内容及结论如下:首先,在偏航角分别为10°、20°、30°时通过对比额定工况下不同偏航状态风力机的叶片表压分布。发现了一个新的现象,风轮动态偏航时风轮压力面与吸力面的最大压差小于风轮静态偏航时风轮压力面与吸力面最大压差且最大压差均位于逆来流方向叶片叶尖处,但动态偏航下三支叶片所受静压分布较均匀且整体风压大于静态偏航时风轮所受静压。说明相同工况下,风轮动态偏航下风力机输出功率小于静态偏航,但叶片整体所受压强较大,叶片更易损坏。其次,依次改变了偏航角度,来流风速,尖速比,风向变化角速度等运行参数,对比分析了0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°七个偏航位置不同运行工况下风力机动态偏航时的气动性能。结果发现,同一偏航角下,风轮风压随风向变化角速度的增大而增大,但具有一定的波动性;动态偏航过程中,尖速比对叶片压力系数的影响最大,来流风速对叶片表面压力系数的影响最小,风向变化角速度的影响介于二者之间。叶片表面的流动特性表现为在距叶根0.35R处,只有在风向变化角速度为10°/s时叶片吸力面才会出现分离涡;其他风向变化角速度下在0.55R与0.75R处,分离涡直径随风速的增大而增大随风向变化角速度的增大而增大。在同一工况下,同一偏航位置时随着径向距离的增大,叶片前缘的最大压力系数的差值增大,但随着偏航角增加压力系数减小的趋势越明显。最后,尝试了一种新的研究方法——将模拟的速度流场与实验的结构场进行关联性分析,通过对比模拟与实验数据发现,在相同工况下数值模拟中叶片在三个径向位置(0.35R,0.55R,0.75R)下压力系数的变化情况与实验中相应截面位置的最大主应力和最大切应力的变化情况一致,均表现为由叶根向叶尖处递减,且在叶根与叶尖处应力下降较快,侧面验证结构场与流场存在一定关联性。此外,研究还发现同一工况下偏航角越大,叶片展向最大主应力值和最大剪切应力值变化幅值越大。通过对比同一工况下有关功率的数值计算结果与实验结果,发现,在偏航角为30°时误差最大,但仍在15%以下,模拟结果可靠。