随着化石燃料能源对环境产生的负面影响日趋严重,以及化石燃料能源本身的逐渐枯竭,人们迫切需要寻找清洁的可再生能源用于替代化石燃料能源。风能作为一种很早就被人们利用的清洁能源,越来越受到人类的重视,风力发电技术也成为当今社会热门的研究科目。然而与大型风力机相比,能够使家庭用户直接获益的小型风力机的研究却相对比较薄弱,特别是带有被动偏航机构的小型水平轴风机。本文将针对尾舵斜铰接侧偏型被动调速机构进行理论计算,并依此设计一款小型水平轴风力机,最后在ANSYS Workbench分析平台下,分别对叶片和整机进行相应的仿真分析,以此来验证设计的正确性。本文包含如下几个部分的工作:(1)背景介绍。介绍了几种水平风机调速方式,特别是针对小风机的被动调速装置。(2)介绍了风力机特别是小型风力机的几种调速方式,简要阐述了本次课题选择尾舵斜铰接侧偏调速机构作为风力机被动调速装置的原因。介绍了空气动力学的基本理论,介绍了计算流体动力学(CFD)的基本理论及离散方法。(3)对风力机的整体参数进行了确定,选定了相应翼型,随后对调速机构进行了基本的理论计算,推导出各个角度之间的关系,接着利用MATLAB工具求解非线性方程,得出给定风速下对应的角度值。(4)在得到设计参数后,本文依照叶片设计理论,计算出叶片各个截面点的分布,并建立叶片模型。随后,根据前面得到的风力机参数,建立了整机在不同风速下的三维模型。(5)在得到叶片模型后,本文在Workbench平台下,对叶片进行流固耦合分析,以及模态分析,分析结果证明叶片的设计符合本课题的要求。(6)本文分别对处于4个不同风速状态下的风力机进行流场分析,得到了各个风速下气动力矩的值以及相应的流场状态,通过与理论计算的比对确认了设计计算的准确性。(7)结论。本文研究证明:本文提出的尾舵斜铰接侧偏各个角度及力矩的计算方法基本正确。本文所采用的流固耦合的方法更能真实模拟叶片的工作状态。本文所设计的小型风力机在一定风速范围内,能够实现被动调速并满足设计要求。