为了提高风能利用率的同时降低风电成本,现代风机大型化是现实必然的趋势。风轮直径的增加,虽然能够提高风机单机的输出功率,但不可避免增加了叶片的重量;且叶片面临的风况也更复杂;气动载荷、重力载荷以及惯性载荷随着风轮直径的增大而急剧上升,使得风轮制造和安装成本大幅增加。为了提高风能利用率的同时降低叶片的载荷,降低风轮制造和安装成本,亟需探索新的气动布局和外形结构的风机叶片。后掠式水平轴风力机叶片是通过将位于叶展方向处的翼型向尾缘弯曲而设计的叶片。现有风力机叶片研究指出叶片采用后掠式不仅能够维持功率输出,还能降低叶片所受载荷以及风机生产成本,是提高风电竞争力的有效途径。本文通过基于涡旋升力线理论的非线性气弹耦合程序,对后掠叶片的输出功率进行优化并研究叶片后掠参数对功率特性和降载机理的影响。（1）由于后掠叶片其几何非线性和弯扭耦合突出,需要建立合理的气弹耦合程序计算叶片的气弹耦合响应。本文选择螺旋尾涡升力线模型作为气动模型,该模型具有较好的三维流场分析能力,适用于后掠叶片的三维流场分析;采用“超级单元”方法,将后掠叶片离散为由运动副（万向节、转动副）以及弹簧和阻尼器连接的多体系统,应用多体动力学理论,结合气动模型,建立了叶片非线性气弹耦合程序。（2）针对后掠叶片三维流动特性,通过优化叶片运行参数,提高风力机的风能利用率。为精确模拟后掠叶片的气弹特性,应用叶片非线性气弹耦合程序,通过计算国家可再生能源实验室（NREL）5MW直叶片和后掠叶片的稳态响应,验证程序的有效性和准确型。以运行变桨角为设计变量,年发电量为目标函数,将额定功率、叶尖挥舞位移和轴向推力作为约束条件。选择5MW后掠叶片为原型,寻求在5m/s～25m/s风速范围内各风速对应的最优变桨角,并将结果进行对比分析。结果显示,变桨角优化的后掠叶片,相比于原型叶片以及直叶片,年发电量有较大的提高。（3）为研究叶片后掠参数对功率特性和降载机理的影响。首先引入新型叶片积叠线方程,因避免叶片后掠量对风机塔筒的影响,分别建立起始点在叶根处叶尖后掠量为2米、4米、6米、8米的四组后掠叶片模型以及叶尖后掠量为4米,后掠起始点在叶展位置的0.25、0.5、0.75的三组后掠叶片模型。其次依据国家可再生能源实验室5MW风机运行参数,模拟叶片在尖速比8.7、额定转速为12.1rpm、考虑风剪切和重力载荷,计算直叶片与各后掠叶片在5m/s、11.4m/s、25m/s风速下的气弹响应。分析对比各后掠叶片与直叶片在功率相同及合力矩相同的情况下,后掠参数对气动性能的影响。结果显示采用该积叠线设计的后掠叶片具备降载增效的功能。本文研究工作应用叶片非线性气弹耦合程序,通过优化变桨角提高后掠叶片气动性能,引入新型积叠线研究后掠参数对叶片载荷和功率的影响;研究成果将为后掠叶片外形优化设计奠定理论依据,为后掠叶片降载机理研究提供科学支撑和理论指导。