随着传统化石能源的日益枯竭以及目前环境问题的日益严重,潮流能作为一种清洁能源,成为近年来开发和研究的重点。水平轴水轮机作为潮流能发电装置的关键部件,其性能优劣直接影响到能量利用。而目前多数的水平轴水轮机只能在一个方向的来流上发电,浪费了一半的发电时间,因此本文主要研究一种双向叶片,可适应往复流动发电,能够大大提高有效的发电时间。由于目前对双向叶片结构设计上的研究较少,因此本文着重进行双向叶片的结构设计并对叶片进行流固耦合分析。在满足强度、刚度、稳定性等要求的基础上,设计出质量较小的叶片结构。本文首先对水平轴水轮机的水动力基本理论进行了阐述,概括了水轮机的工作原理以及水轮机叶轮的水动力特性理论;又对水轮机叶片的结构设计进行了介绍,包括叶片的设计流程、叶片材料以及结构形式的选择和复合材料层压板理论;还对流固耦合基本理论进行了介绍,包括流固耦合的求解方法、交界面方程的处理方式以及耦合交界面信息传递。为后文的设计提供了理论基础。其次对水平轴双向叶轮进行CFD数值模拟,得出其载荷以及功率特性,然后进行水平轴叶轮的模型试验,给出了水平轴水轮机模型效率与轴向载荷的测试方法。根据试验结果,对比分析了水轮机的功率特性和载荷特性,并确定了水平轴叶轮的最大载荷工况,为叶片结构设计提供了参考。然后对水平轴双向叶片进行了结构设计,考虑到不同材料的特性,叶片结构选用钢结构-复合材料蒙皮叶片,并设计了三种不同的内部结构形式,包括双腹板钢骨式、双工字梁钢骨式、箱型梁钢骨式。为了充分发挥材料的特性,本文在结构设计中采用了沿叶片展长方向分区设计、变厚度梯度设计。为验证叶片结构设计是否合理,对三种不同结构的叶片进行了流固耦合分析。采用前文的最大载荷工况,先对叶片进行单向流固耦合分析,通过对比分析各种参数,最终选出双工字梁钢骨式-复合材料蒙皮叶片作为最佳叶片结构。再采用双向流固耦合方法,分析该结构的水动力性能和结构性能,均满足设计要求。本文的设计方法可为今后同类叶片的设计提供参考。