对于风力发电系统来说,叶片作为唯一的汲取能量的部件,在整个风机系统中处于至关重要的地位。本文就是研究时域内叶片以及整机的空气动力学性能。首先,需要仿真出与自然界比较一致的风速序列。本文在已知Von Karman功率谱密度函数的情况下,选择利用自回归滑动平均(ARMA)模型来仿真风速。在此过程中,首先进行开创性的模型定阶工作,这样得到的ARMA模型的阶数将能够更为符合Von Karman谱。随后,在得到了满足可逆性和稳定性条件的模型系数后,建立起短期风速模型。通过对ARMA模型仿真结果的分析,并与已有的风速模型进行比对,结果表明,该模型能够产生满足研究需要的风速序列。本文的第二个工作,就是将仿真产生的风速序列作为输入量,利用AeroDyn和YawDyn程序,研究在自然随机风作用下,动量-叶素理论仿真出来的叶片和整机的空气动力学性能。分别针对是否考虑叶片挥舞运动,支撑结构是固定式亦或是浮式两种情况进行了计算和比较。结果表明,叶片挥舞运动对于风机性能具有至关重要的影响,因此应该在计算时考虑叶片的挥舞运动。同时,浮式海上风力发电机由于其特有的纵摇运动,使得叶片受力变小,但是发电功率的波动和叶片自身在挥舞方向上的振动都更为剧烈。