风能作为一种清洁、环保的资源，受到了世界各国的重视。而对风力发电机的发电效率和安全、稳定运行起到关键作用的叶片一直是国内外学者的研究热点之一，因此为降低风力发电技术的成本，提高机组的运行效率，本文选取10kW风力机叶片为研究对象，对其开展结构优化设计与性能研究。其主要研究内容如下：1、根据叶素—动量方法建立了风力发电机叶片外形参数计算模型，并结合各种失效和损失的影响对其进行修正；基于MATLAB遗传算法工具箱，以风能利用系数最大为优化目标，对叶片弦长和扭角等参数进行了优化设计，并将优化结果与传统Wilson方法进行了比较，结果表明所建立的计算模型具有更宽的高C P值风速带，其气动性能更好。2、结合获得的叶片几何参数，建立了三叶片风轮实体模型，采用Fluent软件完成了叶片周边流场的三维仿真，得到了整机风轮压力与表面空气流速的分布云图，以及叶片的转矩值，由此得到了风轮功率及功率系数；绘制了不同工况下叶片气动性能参数随叶尖速比的变化关系曲线，所得结果可为风力机叶片的设计及改型提供参考数据。3、建立了三叶片风轮全通道流场分析模型，在考虑流固耦合效应和旋转预应力效应的基础上，对叶片进行了动力学分析和气动性能研究，得到了风轮叶片的应力分布，以及预应力下叶片一阶、二阶频率与风速之间的关系曲线，并对不同工况下的模态振型进行了对比分析；探讨了在一阶频率振型工况下叶片气动性能的改变；所得结果表明预应力—流固耦合等影响因素对叶片的动力学以及气动特性均有较大的影响。本文的工作能够为小型风力机叶片的优化设计与气动性能计算提供有效的分析方法，所得结果对于风力机叶片的结构设计和安全稳定运行具有重要的参考价值和工程实际意义。