严重的能源危机和环境污染迫使人们寻找可持续的替代能源,风能已经成为当下发展最快的清洁能源。垂直轴风力机叶片运行的气动特性复杂,如何采用有效的流动控制方法抑制叶片流动分离对提高风力机的气动性能起着至关重要的作用。从空气动力学角度来看,机翼的前后缘偏转具有很高的气动效率。所以在自适应机翼技术研究中,改变机翼前后缘偏转角一直都是自适应机翼技术研究人员关注的焦点。如果能有用一种自适应结构系统在改变机翼弦向弯度的同时能保持翼面光滑,曲率连续,那么与具有传统襟翼、副襟翼的机翼相比,这样的自适应机翼能很好的抑制流动分离,升阻比可得到明显提高。因此本文致力于将以此构想沿用至直线翼垂直轴风力机的叶片上,采用实验与仿真的手段分别研究变形叶片在准定常与非定常下的气动特性变化情况。本文研制了一种单输入驱动下可实现前后缘同步主动变形的垂直轴风力机叶片模型:首先,根据翼肋概念并以NACA0012翼型为例,基于厚度不变的翼型前后缘连续偏转变形方式,以机械结构和可施加预紧力的蒙皮粘附机制使叶片可往复光滑的实现不同弯度的变形;其次,搭建了相关的风洞测力及流场显示实验平台,并利用烟线仪、七孔探针、分力天平等仪器,进行了不同变形量下准定常测力及流场显示实验;最后,对比揭示了叶片不同变形因子下的气动性能特性,其结果可为后续非定常实验提供参考依据。针对适用于垂直轴风力机的翼型进行等厚度中弧线主动变形运动的数值模拟研究,以NACA0012作为基准翼型,且来流风速为9m/s,翼型弦长为0.4m,雷诺数为2.5×10~5,分别在失速前和失速后的不同攻角下进行变形幅值和变形频率等影响因子对气动性能影响的研究。研究表明:主动变形翼型在不同攻角下,不同的变形幅值与变形频率对翼型气动性能有较大影响,合适的变形幅值与变形频率能稳定有效地提升翼型气动性能;且翼型在一定的变形频率和幅值下,其变形的过程中会出现负的或是无限接近于零的阻力系数,此时升阻比出现大幅度提升,翼型产生推力,翼型气动性能有较大提升。最后,在变形叶片非定常气动特性实验中,通过步进电机控制系统构建三角函数的特征曲线实现叶片的变形,研究了叶片在固定攻角下不同变形频率与不同变形幅值下的非定常气动力的规律,并与相同攻角下刚性叶片的气动力进行对比,从流场方面解释了气动力变化的原因。在叶片俯仰同步变形运动实验中,通过叶片自变形运动结合旋转平台的同步旋转运动实现俯仰同步变形运动,与刚性叶片对比以此来探讨叶片如何在俯仰运动中通过变形来提升气动力特性的。