风能是可再生能源中发展最快的清洁能源，风力发电也是最具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式。传统能源的濒临枯竭，环境污染的日渐严重，使得风能成为了世界各国普遍重视的能源，风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点。空气动力学设计与整机动力学分析，是现代大型水平轴风力机设计中的关键技术。本文针对实现大型水平轴风力机整机动力学分析模型与方法这一目标，系统研究了风力机空气动力学、结构动力学和整机动力学中的基本问题。主要研究内容包括： 研究了风力机翼型的气动性能分析方法。根据翼型空气动力学的基本原理，探讨了一种粘性/无粘性相结合的翼型气动性能分析计算方法，对实际翼型进行了气动性能分析。制作了FFA—W3-241风力机专用翼型的实验模型，进行了风洞实验，对实验结果进行了分析并与理论计算结果进行了对比。以FFA—W3风力机专用翼型族为研究对象，分析了翼型后缘加厚对气动性能的影响。 建立了基于叶素动量理论的水平轴风力机的稳态空气动力学模型。考虑叶尖损失、轮毂损失、叶栅理论及高推力时的情况对叶素动量理论进行了修正，并且考虑了风剪、风轮的结构参数和风力机安装参数对计算模型的影响，使得理论模型更接近于实际工况中的风力机。利用模型对实际机组进行了气动性能计算，计算结果与机组的实测数据，及商业软件计算结果的对比，显示了模型的精确性与实用性。 通过研究动态入流和动态失速这两种关键动态气动效应，建立了水平轴风力机的动态空气动力学分析模型。基于的修正的叶素—动量理论，考虑风力机运行环境动态变化时诱导速度场的滞后效应，建立了简洁、可靠的动态入流分析模型。基于Beddoes—Leishman动态失速模型，考虑风力机工作时的实际情况，建立了风力机翼型的动态失速分析模型。利用所建立的模型对实际机组或翼型的动态过程的仿真显示了模型能够合理地反映其非定常气动特性。 建立了水平轴风力机的气动优化设计模型。综合考虑叶片外形的几何约束、机组的起动风速约束和额定功率约束，根据实际风场风速的概率分布，以年能量输出最大为设计目标，采用遗传优化算法，建立了风力机叶片的优化设计模型。利用设计模型对实际风力机叶片的设计结果显示了该优化设计模型的优越性。 建立了水平轴风力机结构动力响应分析模型。考虑叶片和塔架的结构柔性，基于模态分析方法，建立了风力机叶片和塔架的耦合动力学模型来模拟整个系统的动态行为，对实际机组的结构动力响应分析表明模型能正确反映外部激励对结构变形及载荷的影响。 最后，基于以上研究成果，结合三维湍流风场仿真模型、传动系统模型、控制系统模型和监控过程模型，建立了集成的水平轴风力机整机动力学分析与优化设计软件。