随着风电机组大型化发展,叶片尾缘襟翼载荷智能控制技术,作为叶片流场主动控制的一种有效手段,能够有效、快速、灵活地降低叶片载荷,提高风力机,特别是大型风电机组的可靠性、经济性,该控制技术受到国内外学者的广泛关注。为深入了解叶片襟翼实际作用效果及降载机制,在整机性能测试仿真计算工作基础上,进一步开展了带有襟翼控制的模型风力机风洞实验及流场数值模拟研究工作。形成从方案设计到性能计算,最后进行实验验证的研究体系。首先基于自主搭建的带有柔性尾缘襟翼控制的大型风电机组气动伺服弹性耦合仿真计算平台,从整机性能上论证了尾缘襟翼载荷智能控制系统的有效性,得到不同风速下风力机叶片特性参数的方位角分布规律。确定了在不影响风力发电机组发电量输出的前提下,尾缘襟翼智能控制系统可以有效抑制电机输出功率、推力、桨距角的波动。根据襟翼影响叶片所受气动载荷与叶片运动耦合关系,归纳总结了尾缘襟翼能够有效抑制叶片疲劳载荷的原因。为深化计算结果,完善研究体系,在完成整机性能计算基础上,开展了基于尾缘襟翼主动控制的模型风力机实验研究。搭建了开式风洞水平轴风力机实验测试系统,加装自主设计带有襟翼作动系统的风力机叶片,开展了不同工况及襟翼控制规律的风洞实验。实验用风力机叶片,根据风洞尺寸按1:105的比例对NREL5MW风力机叶片进行缩比设计,除满足相似定律要求外,为保证叶片气弹特性相似,引入叶片展向环量分布、Polar线等相似条件。采用伺服电机驱动襟翼的传动方案,并根据BEM理论优化模型叶片气动外形设计。搭建了水平轴模型风力机实验测试系统,开展襟翼载荷主动控制性能实验研究工作。该系统由开式风洞、带有尾缘襟翼作动系统的水平轴模型风力机、控制系统、测量系统四部分构成。首先在风力机停机状态下进行实验研究,目标是探究叶片周围流场随襟翼摆动的变化情况,获取襟翼摆动影响叶片周围流场特性变化规律。以停机状态风洞实验为蓝本,进行CFD流场计算,捕捉叶片流场变化细节,描述流场变化过程,研究不同来流风况及襟翼控制规律对应的叶片流场特征,定性提出在均匀来流条件下襟翼对叶片气动载荷的控制过程。结合对大型风电机组叶片气弹耦合特性分析、风洞实验及数值计算,系统地描述了尾缘襟翼载荷主动控制系统对抑制风力机叶片疲劳载荷的作用机制。最后,完成水平轴风力机旋转状态的尾缘襟翼载荷控制实验研究。在均匀来流条件下,制定三种襟翼控制策略:襟翼摆动到幅值位置处静止、襟翼正弦波信号控制、襟翼方波信号控制。比较实验结果及不同控制信号的效能成本,最终确定了叶根变形量控制效果最明显的开环控制方式。采用具有明显载荷抑制效果的开环控制策略,开展了在偏航状态与直吹状态下的风力机叶根载荷控制对比实验,以探究偏航状态下的襟翼作用效果。实验结果表明,偏航状态下,相较于直吹状态,使用相同的襟翼开环控制策略能够获得更好的载荷控制效果。说明对于真实复杂多变的来流风况,使用尾缘襟翼智能控制系统进行大型风电机组的叶片疲劳载荷控制将具有更大的应用前景。借助NREL FAST气动伺服弹性仿真计算、CFD数值计算、模型风力机风洞实验等研究手段,探究了尾缘襟翼智能控制系统在抑制大型风力机叶片疲劳载荷方面的作用,全面揭示了襟翼对叶片载荷控制作用机制。研究表明,尾缘襟翼智能控制技术在叶片疲劳载荷控制、缩短机组下游风场恢复距离、减小变桨系统损耗、增加风电机组运行可靠性等方面均可获得较明显的收益,可为该控制系统在大尺寸风力机叶片中的工程应用提供有效参考。