风能作为一种重要的清洁可再生能源,已得到世界各国的广泛重视。水平轴风力机是现代大型风电机组的主流机型。随着风电机组的容量和叶片尺寸的不断增大,叶片外形和结构更加复杂,使叶片设计技术显得尤为重要。在此背景下,本论文针对风力机叶片气动设计及气动载荷展开研究。主要研究包括：(1)依据有限叶片数的漩涡气动模型,建立一种确定水平轴风力机风轮气动性能的计算方法,对该计算方法中出现的环量分布的积分—微分方程,采用牛顿插值数组化的数值解法,利用MATLAB编制计算程序,并将计算的气动性能参数与传统的计算方法计算结果进行对比分析,结果显示本气动性能计算方法的有效性,为风力机叶片优化设计奠定基础；(2)对定桨距风力机叶片气动外形进行优化设计,在变环量气动计算理论的基础上,采用不恒定设计攻角处理,根据相对叶片的真实来流速度,考虑风场风速的概率分布,建立以年发电量最大为设计目标,叶片弦长和扭角为设计变量的优化设计数学模型,利用改进的粒子群算法对1.3MW定桨距风力机叶片进行气动外形优化设计。通过与同功率的风力机叶片比较可得出：两种叶片的弦长、扭角、相对厚度等外形参数分布基本一致,优化设计叶片组成的风力机具有更好的气动性能。而且,本文采用的改进的粒子群算法保证了设计结果为全局最优解；(3)针对风力机上最复杂的载荷源—气动载荷,进行分析计算。首先采用修正的条带理论对稳定均匀气流作用于垂直风轮盘面情况下的气动载荷进行计算,提出一种考虑尾涡影响的叶片气动载荷计算方法,并在同样工况下比较两种方法的计算结果,得出两种计算方法所得曲线趋于一致的结论,说明了本文提出的气动载荷计算方法的正确性；然后提出考虑风力机几何条件的一种水平轴风力机叶片气动载荷计算方法,并分析出不同的影响因素所产生的效果；最后提出了考虑入流条件的水平轴风力机叶片气动载荷计算模型,并给出在风剪切和塔影效应作用下的风速及气动载荷变化情况,得出在对水平轴风力机叶片气动载荷分析时,应该考虑偏航角、锥度角、桨距角及不同风的状态,例如风剪切、塔影效应等综合影响的结论,为风轮结构设计提供依据。