随着世界经济的不断进步和传统石化能源的逐渐缩减,能源短缺危机越来越严重,风能是取之不尽用之不竭的清洁、无公害的可再生能源,其可再生性和无污染性引起了人们的重视。采用风能发电,一方面可以调整我国的电源结构,减轻我国当前面临的电力危机,减少能源进口;另一方面又可以减少有害气体的排放,缓解环境污染。因此大力发展风力发电技术对于提高我国能源的多样性和安全性有着积极的作用。小型水平风力机具有小型模块化、离散分布的特点,风力机叶片结构特性是影响风力机发电量的主要因素,因此进行风力机叶片结构特征和气动特性的研究,有利于提高风力机发电的高效性和稳定性,且具有理论指导意义和工程应用价值。本文阐述了风力机的经典设计理论和分析方法,分析了风力机叶片在流体域中的气动性能,确定了翼型安装角和弦长,设计出了一种制造、维护成本低廉的风力机叶片并建立了相应三维模型。通过流固耦合理论的指导,以Ansys Workbench平台为工作环境,研究了风力机叶片在固定风速、不同转速下的应力、应变、变形,流场压力、速度分布等气动特性,得出了风轮叶片变形量沿着叶片展向逐渐增大,在叶尖处变形最明显,风轮的最大应力分布在叶中处,最小应力分布在叶尖处,流场中存在层流、湍流、涡流三种形式的流动,随着风轮转速的增大,流场速度、压力的大小及方向时刻发生着变化。根据风轮在实际工况中,受到的水平来流风的气动力载荷和叶片旋转产生的离心力载荷,对风轮的结构变形和振动响应情况进行了仿真分析,得出了叶片在静止状态下的振型以摆动和挥舞为主,随着模态阶数的增大,风轮固有频率也有所增大,预应力对叶片振型影响不大,但对固有频率有一定影响,与不考虑预应力情况相比其固有频率增大;通过Fluent软件对不同水平风速下风力机叶片的输出功率进行了仿真分析,得出了风轮输出功率随水平来流风速的增加呈现增大趋势。搭建了风力机输出功率测试平台,测量了不同水平来流风速下风力机的输出功率,获得了输出功率随水平来流风速增加而增大的变化关系,对比输出功率测试结果与输出功率仿真结果,发现了仿真结果和测试结果略有不同但其变化趋势基本一致。