风力机常年工作于复杂多变的大气边界层中,运行风速大小和方向、湍流等因素都具有较大的随机性。风轮叶片是决定风力机风能利用效率的关键部件,其设计制作工艺过程复杂,特别是叶片截面翼型几何误差存在较大不确定性。在随机风速与湍流和叶片截面翼型几何误差不确定耦合作用下,必然导致风力机实际承受的气动载荷相比理论设计载荷产生较大偏离与波动,影响风力机的疲劳寿命与结构可靠性。本文开展风力机翼型不确定气动特性影响研究,量化随机风速、湍流强度和翼型前缘几何误差对翼型气动特性不确定性的影响程度,进行不确定工况与几何误差条件下的翼型气动稳健优化设计,建立翼型升阻特性不确定参数化模型,获得典型工况下风力机随机载荷不确定特性规律。本文主要研究内容如下:1.风力机翼型升阻特性不确定影响研究。以S809翼型为研究对象,基于CFD数值分析方法,结合非嵌入式概率配置点法,研究随机风速对翼型气动特性的影响;基于克里金模型,结合区间分析方法,量化随机湍流强度和翼型前缘几何误差对翼型气动特性不确定性的影响程度。2.风力机翼型气动稳健性优化设计。基于区间分析和克里金模型,进行了随机湍流与随机几何前缘误差条件下的翼型气动稳健优化设计,将稳健优化、确定性优化和原始翼型进行对比,结果表明,翼型前缘几何变化明显,通过优化设计可以降低风力机翼型对不确定因素的敏感性。3.翼型升阻特性不确定对风力机载荷的影响。基于翼型升阻特性不确定分析,综合多种不确定因素影响,建立翼型升阻特性不确定参数化模型;以NREL PhaseⅥ风力机为研究对象,基于FAST气弹计算方法,获得不同工况翼型升阻特性不确定性影响的风力机随机载荷时序谱;基于雨流计算法,将载荷时序谱转化为幅值频率分布,并基于载荷分级法获得当量疲劳载荷上下限,为风力机载荷分析提供参考。4.风力机气动载荷波动实验研究。采用NREL PhaseⅥ风力机缩比模型,基于小型风力机性能测试平台,研究在随机来流风速条件下翼型前缘几何轮廓变化对风力机载荷波动的影响,获得风力机翼型前缘几何变化对风力机载荷波动的影响规律,为风力机翼型设计提供参考。