3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)
    在復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，首要的是熟悉葉片構(gòu)造設(shè)計(jì)。葉根連接形式與葉片剖面形式是構(gòu)造設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。[-page-] 
    葉片與輪箍連接，使葉片成懸臂梁形式。作用在葉片上的載荷通過(guò)葉片根端連接傳到輪箍上，因此葉根的載荷最大。葉片上的載荷通過(guò)根端結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度、擠壓強(qiáng)度、或玻璃鋼與金屬的膠結(jié)強(qiáng)度傳遞到輪箍上的，而玻璃鋼的這些強(qiáng)度均低于其拉彎強(qiáng)度，因而葉片的根端是危險(xiǎn)的部位，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重視。大型風(fēng)力機(jī)玻璃鋼葉片根端形式主要有：金屬法蘭、預(yù)埋金屬桿、T型螺栓等連接方式。目前國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的大型風(fēng)力機(jī)葉片大多采用預(yù)埋金屬桿根端形式。為確保根端結(jié)構(gòu)的安全可靠，須進(jìn)行金屬桿與玻璃鋼殼體結(jié)合強(qiáng)度的模擬試驗(yàn)。如果膠結(jié)工藝技術(shù)高，可采用金屬法蘭與葉根復(fù)合材料柱殼膠結(jié)，減輕根部的重量，使葉片外形流暢。
    葉片剖面基本上采用蒙皮加主梁的構(gòu)造形式。主梁剖面有箱型形式或雙槽鋼形式，或D形。在后緣空腹處，采用夾層結(jié)構(gòu)。葉片上大部分彎曲荷載由主梁承擔(dān)，蒙皮起氣動(dòng)外形作用承擔(dān)部分剪切載荷。這種剖面構(gòu)造，既可以減輕葉片重量，又能提高葉片的強(qiáng)度與剛度，避免葉片由彎曲產(chǎn)生的局部失穩(wěn)。葉片蒙皮通常采用氈或雙向織物增強(qiáng)的層板結(jié)構(gòu)，也有用夾層結(jié)構(gòu)，以提高蒙皮的強(qiáng)度和剛度。主梁用單向程度較高的織物增強(qiáng)，以提高強(qiáng)度與剛度。夾芯材料可采用PVC泡沫或輕木。這些芯材有較高的剪切模量，組成的夾層結(jié)構(gòu)有良好的剛度特性。傳統(tǒng)葉片的纖維全為玻璃纖維，由于現(xiàn)在的葉片越來(lái)越大，越來(lái)越重，為減輕葉片重量，提高強(qiáng)度與剛度，其中一種改進(jìn)措施是主梁部分或全部用碳纖維，蒙皮用玻璃纖維。這樣可使結(jié)構(gòu)重量有明顯的下降。據(jù)國(guó)外專家分析指出，對(duì)于兆瓦級(jí)大型風(fēng)力機(jī)葉片，采用碳／?；祀s纖維增強(qiáng)，可以降低葉片重量30％，減少葉尖撓度18~29%。但其成本有了一定的提高。目前由于碳纖維價(jià)格高，產(chǎn)量低，如果碳纖維能形成較大規(guī)模的生產(chǎn)，降低價(jià)格，碳纖維必將在兆瓦級(jí)大型風(fēng)力機(jī)葉片生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
    葉片是風(fēng)機(jī)的主要部件之一，要獲得高效率的葉片，除了設(shè)計(jì)出優(yōu)良的葉片外形之外，葉片性能的提高還可以通過(guò)氣彈剪裁來(lái)改進(jìn)。彈性剪裁可以通過(guò)兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，第一種是將鋪層輸入，比如鋪層材料，鋪層方向作為設(shè)計(jì)參數(shù)。第二種方法是將葉片截面剛度彎扭耦合作為設(shè)計(jì)參數(shù)；第一種方法顯然過(guò)于復(fù)雜，因?yàn)槿~片鋪層最多的達(dá)到上百層，第二種方法在風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。[-page-] 彎扭耦合是工程中常見的一種變形現(xiàn)象，即結(jié)構(gòu)在發(fā)生彎曲的同時(shí)還伴隨著扭轉(zhuǎn)的產(chǎn)生。但在航空領(lǐng)域人們開始利用復(fù)合材料的彎扭耦合，拉剪耦合效應(yīng)，提高機(jī)翼的性能。而在葉片結(jié)構(gòu)上，也引人彎扭耦合設(shè)計(jì)概念，控制葉片的氣彈變形，這就是前面所說(shuō)的氣彈剪裁。通過(guò)彎扭耦合設(shè)計(jì)，降低了葉片疲勞載荷，并能優(yōu)化功率輸出。葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷改進(jìn)的過(guò)程。其設(shè)計(jì)的優(yōu)化目標(biāo)從最開始的葉素功率輸出最大化，到年輸出功率最大化，到現(xiàn)在的性價(jià)比最優(yōu)化?，F(xiàn)在出現(xiàn)了葉片采用“柔性”理念設(shè)計(jì)，葉片結(jié)構(gòu)剛度有所降低，在外形上與傳統(tǒng)葉片后緣線性變化不同，逐漸向后緣彎曲，降低了葉片風(fēng)壓和風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩，并最大限度捕獲所有可用風(fēng)速段的風(fēng)能，比傳統(tǒng)葉片捕捉風(fēng)能力提高了5~10%。