风力机在生产制造、安装及运行整个过程中存在较多不确定因素,如由于地表地貌以及气候等因素导致的自然来流风随机波动、由于叶片制造安装工艺过程复杂而产生的叶片制造误差与安装误差,以及变桨系统带来的叶片桨距角不确定性等。这些不确定因素耦合作用使得风力机气动性能产生剧烈波动,给风力机系统稳定性和可靠性带来巨大挑战。本文针对风力机入流风速参数不确定、几何与桨距角误差不确定造成的风力机气动性能波动问题,进行不确定条件下风力机气动性能量化分析,获得叶片展长方向上不确定气动特性规律,开展风力机叶片不确定优化研究,降低风力机对不确定因素的敏感程度,提高风力机气动稳定性,并搭建了水平轴风力机气动性能测试平台,研究了随机风速对风力机功率输出特性影响规律,为风力机气动设计、几何容差与桨距角参数精度控制等提供参考。论文主要研究内容如下:1.随机风速对风力机气动性能的影响研究。基于修正叶素动量理论（Blade Element Momentum,BEM）和非嵌入式概率配置点法,建立随机风速条件下风力机不确定气动分析模型,量化不同风速及5%至15%倍均值风速标准差条件下风力机气动性能的波动幅度,获得不同风速标准差下风力机气动载荷及气动诱导因子不确定性在叶片展长上的分布规律。2.叶片几何误差对风力机气动性能的影响研究。基于修正叶素动量理论和区间分析法,建立风力机叶片几何误差气动分析模型,量化不同风速条件下不同弦长与扭角制造误差、桨距角误差对风力机气动性能影响程度,获得不同制造误差和桨距角误差下风力机气动性能不确定性在叶片展长上的分布规律,并通过正交试验分析风力机叶片制造误差敏感性规律,获得风力机气动性能波动受制造误差影响敏感位置。3.耦合不确定条件下风力机气动分析与优化。基于修正叶素动量理论、非嵌入式概率配置点法和区间分析法,建立风力机耦合不确定气动分析模型,量化不同风速下随机因素耦合作用对风力机气动性能影响程度,获得不同随机因素耦合条件下风力机气动性能不确定性在叶片展长上的分布规律;基于所建立的耦合不确定气动分析模型,采用遗传算法,开展随机因素耦合条件下风力机叶片不确定优化研究,降低风力机气动性能对不确定因素的敏感程度,提高风力机气动稳定性。4.随机风速对风力机功率输出特性影响的实验研究。搭建小型水平轴风力机气动性能测试平台,制作风力机缩比模型,设计一种随机风速条件下风力机功率和风能利用系数不确定性测试方案,基于该方案,获得不同风速及风速标准差下风力机功率和风能利用系数不确定性分布规律。