风力机叶片气动特性与气动载荷对风力机的安全性及经济性有重要影响。随着风力发电技术的发展,如何设计气动性能与载荷性能更优质的叶片成为该领域研究者十分关心的问题。由于风力机往往工作在野外自然环境下,且叶片尺寸较大,风场运行情况复杂,叶片载荷难以准确评估。国内外学者运用并改进了其它领域中较成熟的理论和方法,如风洞实验、动量-叶素理论、CFD计算等,开展了相关的载荷研究工作。然而不同分析方法往往具有一定的局限性,难以满足工程上对多种复杂工况进行准确快速分析与评估的需求。本文采用了二维CFD,动量动量-叶素理论,以及全三维CFD等不同方法进行了风力机气动载荷研究,并进行对比分析。目的在于研究各种方法应用于载荷计算的特点与适用范围,为建立或选择能够适应复杂工况的叶片载荷分析方法提供一定的基础和参考。本文以美国国家可再生能源实验室(NREL)的Phase Ⅵ风力机为对象进行研究,并与其风洞实验结果进行对比。首先采用二维CFD方法进行定常及动态入流情况下,气动性能与气动载荷的研究。通过与已有的试验结果相比较,指出在附着流动时,二维计算结果与实验值的差别在叶片吸力面前缘十分明显。实际叶片旋转时导致的尾涡及沿展向的离心力会“抹平”其在叶片前缘吸力面侧的压力尖端分布。二维翼型对流场的反作用会使翼型所受气动力与来流风速出现不同步。经过风轮后空气会获得一周向速度,但与轴向风速的变化相比,来流风在周向的速度变化较小。进而,采用动量-叶素理论进行叶片载荷分析,指出叶片主要受载部分为叶片中部与叶尖,叶片切向载荷在叶中和叶尖变化不大,但叶片法向载荷随着展向位置的增加呈直线增加趋势,这将大大增加叶根部分承受的弯矩。叶片长度的增加将对叶根的结构设计提出更高的要求。通过与前面二维CFD方法相比较,指出动量-叶素理论方法计算得出的叶片表面载荷与二维CFD计算结果,在沿展向位置的变化趋势相同,但载荷大小有一定差异。之后,采用全三维CFD方法对叶片气动载荷进行计算分析。通过与二维CFD相比较,指出二维CFD计算误差产生的原因是：二维计算方法无法考查叶轮后方尾涡对叶片流动的影响；三维旋转效应也会影响叶片周围的流场。S809翼型在附着流动时,二维CFD计算得到的压力分布与三维CFD计算得到的旋转叶片压力分布不是十分吻合,尤其是在吸力面前端。这主要是由于S809翼型吸力面压力分布较其它研究模型的压力分布更复杂,其压力梯度变化较大,因此即便是附着流动亦不能忽略离心力对叶片气动性能的影响。基于上述三种计算方法结果的比较分析,在进行叶片气动载荷评估确定时,可在设计初期采用二维CFD方法进行翼型的选择,翼型选定且叶片几何外形确定时,若所选翼型的压力分布梯度变化不大,且控制策略使叶片主要在非失速情况下运行,则可采用二维CFD方法或BEM方法进行气动载荷的计算,而对于大分离流动,则采用三维CFD方法来确定气动载荷。