随着风电技术的发展,风电场选址逐渐由内陆地区向近海发展,虽然近海区域较大的平均风速有利于风力机风能的获取,但台风经过时较大的湍流强度也常造成风力机叶片破坏。开展风机叶片的风致破坏机理研究有利于指导工程实践和提供相关理论参考。风机叶片的风致破坏主要由各种风参数特性综合决定。风参数特性主要包括风速风向、湍流强度、湍流积分尺度、功率谱等,其中湍流强度是影响结构风荷载的一个重要因素。本文基于Schmitz方法对2 MW风力机叶片进行气动设计并制作叶片风洞试验模型,结合有限元方法对叶片进行动力特性分析,对风洞试验模型中不同管长进行频响函数修正试验。分析结果表明,叶片的第1～2阶振型主要为挥舞,第3阶振型主要以挥舞和摆振的混合振动,随着叶片模态振型阶数增加,振动方式表现越复杂。在风洞中运用纵横格栅模拟出五种不同均匀湍流强度风场,相应湍流特征值为7%、10%、14%、18%、22%,对风机叶片模型进行多点同步测压试验。从平均风压系数、脉动风压系数、基底力矩系数、层脉动风力系数功率谱、基底力矩系数功率谱和风致响应等方面,研究湍流强度对风机叶片风荷载特性的影响规律。逆桨状态(β=0°)下,湍流强度对叶片下翼面(压力面)平均风压系数基本无影响,随湍流强度的增加上翼面(吸力面)平均风压系数绝对值逐渐减小。脉动风压系数整体随湍流强度的增强明显增大,迎风面脉动风压系数整体大于背风面。叶片位移均值随着湍流强度的增大逐渐降低,位移均方根和峰值位移随湍流强度的增大而显著增大,在湍流强度为22%时达到最大,分别为0.29 m和1.41 m。相比湍流强度为7%,峰值位移最大相对差值为26%。顺桨状态(β=90°)下,由于湍流强度的增大气流再附能力增强,导致上、下翼面的压力差减小,叶片下翼面后缘出现正压分布带。同一高度截面脉动风压系数随x/c(叶片截面翼型弦长距前缘距离与该截面弦长的比值)增大而逐渐降低,在后缘处达到最小,各截面整体呈“V”形对称分布。湍流强度对叶片的位移均值的影响很小,基本忽略不计,位移均方根变化趋势和峰值位移趋于一致,呈先增大后减小,在湍流强度为18%时达到最大,分别为0.42 m和1.16 m。相比湍流强度为7%,峰值位移最大相对差值为87%。对比两桨距角试验结果发现:顺桨较逆桨,平均位移出现大幅度下降,在湍流强度为22%时,降幅达0.63 m。研究表明即使是停机顺桨状态下,风机叶片也将会受湍流强度的影响产生较大的位移振动。最后采用SST k-?湍流模型对叶片表面风压特性进行数值模拟研究,模拟结果与风洞试验结果吻合较好。对比分析了五种湍流强度下叶片表面压力分布情况及气流流动现象,合理地解释了叶片三维绕流现象及机理。