后掠式风力机叶片是一种具有自适应、自卸载功能的新型智能叶片。由于后掠叶片的积叠线弯曲,导致叶片的弹性轴与扭转轴分离,增强了叶片的弯扭耦合效应,叶片的非线性变形和三维流动更为显著,叶片出现颤振临界速度降低等气弹失稳问题。本研究采用特征分析的方法对大型风力机后掠式叶片在转动、柔性变形和风载作用下的模态特性及其弯扭颤振的发生机理进行研究。建立了后掠叶片气动与结构非线性振动相互耦合与弯扭颤振分析模型并实现了相应的算法。研究工作对后掠叶片的优化设计与安全稳定运行具有重要的理论意义和工程应用价值。为准确描述柔性叶片的非线性变形特性,采用“超级单元”将柔性叶片离散成若干个刚体,并由运动副与力元连接构成多体系统,而后通过牛顿-欧拉方程建立叶片非线性动力学方程;考虑到后掠叶片流场的三维流动显著,气动模型采用升力线理论,结合“超级单元”法与升力线理论构建后掠叶片的气弹耦合动力学方程组。而后,基于多体动力学递归建模方法和变分原理,对后掠叶片的气弹耦合动力学方程组作线性化处理,构建后掠叶片的线性化气弹耦合特征值方程组。为准确描述叶片由于动态失速而导致气动参数非定常效应,在线性化的过程中引入修正的B-L动态失速模型。通过对特征值方程进行特征值求解,计算叶片在风载作用下的气弹频率和气弹阻尼比,以气弹阻尼比作为判断依据,研究后掠式叶片发生颤振失稳的临界条件。以NREL5 MW风力机叶片为原型,设计了两种后掠量的后掠叶片。计算叶片在确定尖速比、不同转速下的稳态变形,揭示叶片后掠对其弯扭耦合变形的影响;分析叶片刚性转动和稳态变形对其结构频率的影响;结合线性化的气动模型,计算后掠叶片的气弹频率和气弹阻尼比,分析叶片后掠对其颤振特性的影响。分析结果表明,叶片后掠会减小叶片的挥舞变形,增大扭转变形,同时降低叶片发生颤振失稳的临界风速。