发展风电是我国深入推进能源生产和消费革命、促进大气污染防治的重要手段。近十多年来,凭借丰富的风资源、政策导向与技术推动,我国风电装机容量取得了飞速增长。为捕获更多的风资源,同时降低风力机度电成本,风力机大型化已成为风电技术发展的主要趋势。但随之而来的叶片尺寸增大、气弹特性增强、多尺度流动等问题将导致叶片处于更加复杂严峻的风况及载荷环境,严重威胁叶片结构安全。当风况较为复杂时,加之叶片气弹变形,叶片极易出现攻角增大进而流动分离的现象,并伴随分离涡脱落,不仅使叶片受力更加复杂,还降低了叶片气动效率。为提高叶片应对复杂风况及载荷的能力,提高叶片气动效率,有必要采用先进有效的流动控制方法以满足叶片气动降载与流动分离控制的需求。针对较具发展潜力的柔性尾缘襟翼控制方法与自适应襟翼控制方法,在学习借鉴国内外相关研究成果基础上,结合各流动控制方法研究的不足与发展需要,本文采用数值模拟方法对其降载效果及流动分离控制特点进行了较为系统的研究。主要研究内容如下:1.以S809翼型作为原始翼型,采用基于雷诺时均(RANS)方程的计算流体力学(CFD)方法研究了尾缘襟翼的静态与动态载荷控制效果,探明了其在不同流动状态下的控制特点。结果表明尾缘襟翼在附着流区对翼型升力系数具有较强的静态调控能力,随着流动分离的出现,升力系数调控能力降低,阻力系数调控能力增加。流动分离较大时,尾缘襟翼向翼型吸力面偏转能够减缓分离程度,且对应升阻力系数均降低,具有一定的减载效果。2.结合翼型在水平轴风力机叶片中的实际来流特点,以翼型在叶片挥舞方向的受力作为控制信号,基于CFD方法建立了尾缘襟翼非稳定来流下的闭环载荷控制模型,以验证尾缘襟翼在复杂载荷环境下的气动降载能力。结果表明,在三种非稳定来流下,相对于原始翼型,尾缘襟翼均较为明显地减缓了翼型的受力波动。此外,对于本文所建立的系统,当比例常数与延迟时间过大时将导致控制系统不稳定,且襟翼摆动速度达到一定值时将无法进一步提升控制效果。3.与尾缘襟翼减缓流动分离的特点不同,自适应襟翼在减缓流动分离时可提升翼型升力系数,降低阻力系数,因此可同时提升叶片的气动效率。论文首先采用RANS方法从翼型升阻力系数、分离区域大小与翼型表面压力分布三个角度分析了襟翼对流动分离的控制效果。结果表明,襟翼通过阻止分离区域回流,使襟翼上游压力降低,促进流动附着,从而提高升力系数,并降低阻力系数。此外,研究发现自适应襟翼控制效果与其抬起角度存在一定的规律。通过进一步分析襟翼自身气动力矩、抬起角度与控制效果之间的关系,发现对于特定攻角,随襟翼的抬起,控制效果逐渐提升,襟翼气动力矩逐渐增大,达到最佳控制效果后,气动力矩开始减小。以最佳控制效果为指标,开展了襟翼位置、襟翼长度以及襟翼个数对控制效果的影响。结果表明,在铰点位置不影响流动附着的前提下,襟翼越靠近分离点,越能更好地延缓分离,但当长度足够阻止回流时,长度越小,效果越好。此外,双襟翼具有更大的延缓流动分离的优势,且其中两襟翼的作用比重将根据分离程度发生变化。4.由于襟翼工作于最佳位置时,将受到一定的气动力矩作用,为此,本文提出了通过在襟翼铰点处施加类似于弹簧作用的线性外力矩以平衡襟翼气动力矩,从而使襟翼具有最佳控制效果。此外,根据襟翼抬起过程中襟翼表面压力的变化以及最佳位置时表面压力的分布特征,提出了基于合成力矩控制的方法以使襟翼运行于最佳位置。为验证上述两种改进方法的可行性,基于两种不同的失速过程,研究了受外力矩约束的襟翼流动控制效果。结果表明,通过施加弹簧外力矩的方法在流动分离较大时易出现失效现象,而合成力矩控制方法整体表现较好,且在流动分离较小时完全阻止了襟翼抬起,避免了此时其对翼型气动性能产生的不利影响。5.为了更全面可信地研究自适应襟翼的流动控制效果,采用能更加真实体现流动分离过程中涡的生成与脱落的DES模型并结合流固耦合方法开展了自适应襟翼动态流动控制研究。首先对比了二维与三维原始翼型与襟翼翼型的流动分离特点,结果表明:相对于二维流动分离,随着三维模型展长的增大,涡脱落强度逐渐降低,涡脱落位置延后,升阻力系数波动强度减弱,流动分离也略有延迟。尽管二维与三维原始翼型流场在涡脱落强度上有所不同,但襟翼对其流动控制效果具有一定的相似点。即襟翼均使升力系数提高,阻力系数降低,且时均表面压力系数变化也较为相似,并与二维稳态结果较为吻合。6.在明确了采用二维DES方法研究襟翼控制效果的可行性后,对襟翼的动态流动控制效果开展了更全面地研究。襟翼动态特性包含了襟翼对流场动态演变的影响以及自身动态运动特性。研究表明:襟翼控制效果主要体现在提高升力系数平均值,降低阻力系数波动平均值,提升翼型受力波动频率,降低波动强度。转动惯量与运动阻尼对襟翼控制效果影响较小,但对襟翼运动特点影响较大。增大转动惯量的影响主要体现为使襟翼运动高频分量减弱,低频分量增加,但整体上襟翼波动范围变化不大。增大运动阻尼的影响主要体现为同时减弱了襟翼运动的高频分量与低频分量,并使襟翼整体运动范围缩小,波动更为稳定。