风能作为绿色可再生能源,已受到世界各国的广泛重视,随着化石能源危机和环境问题日益突出,风能利用技术更是得到了快速发展。中国作为能源消费大国,风电得到国家层面的大力支持从而发展迅速。但相比于国外风电发达国家,我国风电科学技术仍面临一系列挑战。风力机叶片是风电机组的重要组成部分。叶片的设计可分为气动设计和结构设计两个部分。随着风力机叶片大型化趋势的发展,叶片结构变的越来越柔,同时组成叶片的复合材料本身具有高强度低模量的特点,风力机叶片在极限载荷作用下会产生较大的扰度,此外风轮在运转时会出现弯曲和扭转变形,因此风力机叶片在设计时必须考虑气动与结构相互影响的问题。本文主要从叶片的气动设计和结构设计入手,同时考虑两者之间的耦合关系,结合目前应用较为广泛的基于动量叶素理论和梁理论设计方法对大型风力机叶片进行优化设计研究。(1)采用修正的动量叶素理论设计法对1.5MW风力机叶片进行设计。初始计算所得弦长和扭角数据在叶根处数据偏大须进行修正。根据修正后弦长和扭角计算叶片三个气动性能参数GT、CP和CM。为了获得良好的气动性能,对叶片气动参数进行优化。以风力机年发电量最大为目标,应用遗传算法对叶片弦长和扭角进行优化,叶片气动外形发生改变,风力机在不同风速下的风能利用系数也发生变化,具体为在风速概率高的区段风轮风能利用系数提高,在风速概率小的区段风轮的风能利用系数减小。(2)叶片结构设计计算主要基于梁理论,内容主要包括四部分：叶片剖面几何特性计算、叶片载荷和内力计算、叶片应力和变形计算以及叶片的铺层计算。对于剖面结构为蒙皮加主梁形式的叶片在计算结构参数时还需给定主梁的参数即主梁的位置和宽度。若以叶片主梁位置和宽度为自变量,叶片的刚度为约束,叶片质量最小为目标,应用遗传算法对叶片进行优化,结果显示：叶片主梁位置发生偏移、宽度增大,在叶片刚度不变的情况下,叶片的铺层厚度有所减小,对应的叶片质量也有所下降,叶片主梁的位置和宽度对叶片结构设计有影响。(3)叶片气动结构一体化设计,在传统的叶片设计过程中,叶片的气动设计和结构设计是相互串联而又独立的。实际上,当叶片处在运行状态时,叶片的气动与结构之间存在耦合效应。从叶片的静气动弹性角度考虑,叶片受气动力影响发生弯曲变形和扭转变形。通过给定预加应力来等效叶片所受静气弹的影响对叶片进行优化设计,计算结果表明：在一定程度上静气动弹性效应能够提高叶片气动性能。