叶片作为将风能转化为电能的媒介,翼型的气动性能和叶片的横截面特性是衡量叶片性能好坏的标准之一,因此,对风力机叶片的翼型和横截面特性的研究具有重要的现实意义。论文的具体研究内容如下:本文首先探讨了翼型的几何参数和流体参数对翼型气动性能的影响,对翼型气动性能的计算方法进行了研究,结合MATLAB编程调用rfoil软件获得了翼型的气动特性曲线,将获得的气动特性曲线与文献中的实验结果对比,表明rfoil软件能够较好的获得翼型的气动性能,为后文计算翼型的气动特性提供了计算工具。随后分析了曲线的表达方式,利用NURBS曲线实现了翼型廓线的表达,并获得了相应的翼型坐标点。阐述了复合材料的结构特点及其力学性能,并对叶片截面各部分(翼型前缘、主梁、翼型尾缘和腹板)进行了铺层设计,结合经典层合板理论,建立了计算风力机叶片横截面特性的数学模型,并编写了与该数学模型相对应的MATLAB程序,将所得结果与PreComp和ANSYS的计算结果进行对比,验证了模型及程序的正确性。最后,综合考虑翼型的气动性能与横截面特性,结合NURBS曲线,以翼型曲线控制顶点的纵坐标为设计变量,建立了叶片翼型廓线与横截面刚度一体化优化设计模型,采用理想点法,构造了综合考虑翼型气动性能和横截面特性的目标函数,结合粒子群算法,对相对厚度为18%、21%和25%的翼型进行优化。将所得翼型与NACA63418、NACA63421以及DU91W2250翼型的性能进行对比,优化结果表明,所得新翼型在气动性能与横截面特性方面均得到了提高,叶片的综合性能更优。此研究对于叶片翼型与横截面特性的协同设计具有重要的现实意义。