2.1　材　料
    目前商品化的大型風(fēng)力機葉片大多采用玻璃纖維復(fù)合材料(GRP)。長度大于40m葉片可以采用碳/?；祀s復(fù)合材料，但由于碳纖維的價格，未能推廣應(yīng)用。GRP葉片有以下特點：
①可根據(jù)風(fēng)力機葉片的受力特點設(shè)計強度與剛度風(fēng)力機葉片主要是縱向受力，即氣動彎曲和離心力，氣動彎曲荷載比離心力大得多，由剪切與扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力不大。利用纖維受力為主的受力理論，可把主要纖維安排在葉片的縱向，這樣就可減輕  葉片的重量。
②翼型容易成型，并達到最大氣動效率。為了達到最佳氣動效果，葉片具有復(fù)雜的氣動外形。在風(fēng)輪的不同半徑處，葉片的弦長、厚度、扭角和翼型都是不同的，如用金屬制造十分困難。GRP葉片可實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
③葉片使用20a，要經(jīng)受108次以上疲勞交變，因此材料的疲勞性能要好。GRP疲勞強度較高，缺口敏感性低，內(nèi)阻尼大，抗震性能較好，是制作葉片的理想材料。
④GRP耐腐蝕性好。風(fēng)力機安裝在戶外，近年來又大力發(fā)展離岸風(fēng)電場，風(fēng)力機安裝在海上，風(fēng)力機組及葉片要受到各種氣候環(huán)境的影響。它應(yīng)具有耐酸、堿、水汽的性能。
    2.2　氣動設(shè)計
    風(fēng)力機氣動理論是在機翼氣動理論基礎(chǔ)上發(fā)展而來。19世紀(jì)20年代一些著名氣動學(xué)家對機翼理論做出了貢獻。Betz、Glauert、Wilson等在此基礎(chǔ)上發(fā)展了風(fēng)輪氣動理論。我國的氣動學(xué)家對風(fēng)輪氣動理論也做出過貢獻。
Betz采用一元定常流動的動量定理，研究理論狀態(tài)下風(fēng)輪的最大風(fēng)能利用系數(shù)。理論假定，風(fēng)輪沒有錐角;風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時沒有摩擦阻力;風(fēng)輪流動模型可簡化為一元流管;風(fēng)輪前后氣流靜壓相等;作用在風(fēng)輪上推力均勻。應(yīng)用動量方程，Betz推導(dǎo)出風(fēng)能利用系數(shù)：
Cpmax=16/27≈0.593
    這就是著名的Betz極限。葉片的外形設(shè)計包括決定風(fēng)輪直徑、葉片數(shù)、葉片剖面弦長、厚度、扭角及選取葉片剖面的翼型。運用Betz理論可建立簡易葉片外形設(shè)計方法，但目前不常用。Glauert優(yōu)化設(shè)計方法是考慮了風(fēng)輪尾流的葉素理論。但該方法忽略了翼型阻力和葉尖損失的影響。這兩點對葉片外形設(shè)計影響較小，但對風(fēng)輪氣動性能影響較大。Glauert方法是目前常用方法之一。它注重外形的理論設(shè)計，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求應(yīng)進行修正和氣動性能的計算，以達到優(yōu)化。Wilson氣動優(yōu)化設(shè)計理論是目前常用的方法。該理論對Glauert設(shè)計方法進行了改進。研究了葉尖損失和升阻比對葉片性能的影響以及風(fēng)輪在非設(shè)計狀態(tài)下的氣動性能。為使風(fēng)輪Cp值最大，須使每個葉素dCP值最大。理論建立了dCP與氣動參數(shù)的關(guān)系式，從而得到最佳氣動參數(shù)和氣動外形。確定氣動外形后計算氣動性能，主要包括軸向推力、轉(zhuǎn)矩、功率及相對應(yīng)的系數(shù)。上述氣動理論有其局限性，理論設(shè)計須結(jié)合風(fēng)場運行驗證更精確的理論應(yīng)考慮3D效應(yīng)及動態(tài)失速影響。