模型试验是海上浮式风力机设计流程中的关键步骤,而在模型试验中由于雷诺数差异引起的“尺度效应”导致几何相似叶片受到的推力仅为目标值的20%~30%。为了准确的模拟出模型试验中叶片所受气动荷载,本文提出了一种模型叶片的设计方法,并以NREL-5MW海上浮式风力机为例,按1:50缩尺比,设计了一款与之性能相似的模型叶片,并采用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法与风洞试验对其气动性能进行验证。提出了一种模型叶片优化设计方法。叶片受空气作用产生的推力与转矩是对风机系统运动和响应影响的关键因素,由于转矩对风机系统的影响比推力小一个量级,而两者难以同时满足,所以设计之初以NREL-5MW风力机在不同叶尖速比(叶尖线速度与转速之比)下的C_T(Thrust Coefficient)为设计目标。选择适用于低雷诺数的SD7032翼型用于模型叶片,采用Xfoil计算其升阻力系数,基于叶素-动量理论的FAST软件计算叶片推力,建立叶片优化模型,实现FAST与Matlab之间数据交互,采用Matlab中模式搜索法对优化模型进行求解,结果表明,在不同工况下,优化后的模型叶片所受推力可以满足目标值。基于CFD方法对本文设计的叶片进行分析。采用多参考坐标系法作为计算方法,计算分别使用RNG k-?与SST k-?两种不同湍流模型下的结果,将CFD模拟结果与推力目标值进行对比,初步验证了叶片的气动性能及设计方法的可行性。分析叶片的压强及流线图,找到了不同工况下叶片的失速区域及失速攻角范围,可为叶片的气动性能设计提供参考。分析叶片压力分布系数图发现叶片最大受压处在叶根导边处,在叶片进行结构设计时,需要重点考虑该区域的强度,合理选择材料。基于风洞试验验证叶片的实际气动性能。试验前按照相似条件及目标参数设计了塔筒、轮毂及机舱等结构辅助试验进行,其中,塔筒的一阶振型及频率满足目标值,轮毂具有变桨功能。将试验值与CFD模拟结果对比,发现SST k-?湍流模型在叶片的气动性能模拟中具有更高的精度及适用性。对比风洞试验结果与推力目标值,验证了叶片的气动性能能够满足模型试验要求,且本文的设计方法具有可行性。