风力机叶片设计
风力发电机组叶片设计与性能分析
风力发电机组叶片设计与性能分析叶片作为风力发电机组的核心部件之一，其设计和性能分析对于提高风力发电机的发电效率和性能至关重要。
本文将围绕风力发电机组叶片的设计和性能进行详细讨论，包括叶片的设计原理、材料选择、结构设计以及性能分析与优化等方面。
1. 叶片设计原理风力发电机组叶片的设计原理主要包括气动力学原理和结构力学原理。
气动力学原理研究风力对叶片的作用力，包括气动力的大小、方向和分布等；结构力学原理研究叶片的强度、刚度和振动等特性。
在进行叶片设计时，需要将这两个原理进行综合考虑，以满足风力发电机组的性能要求。
2. 材料选择叶片的材料选择直接影响到叶片的强度、刚度和重量等性能指标。
常用的叶片材料有纤维复合材料（如碳纤维、玻璃纤维）、铝合金和钢材等。
纤维复合材料具有优良的强度和刚度，同时具备较低的重量和惰性，因此在风力发电机组叶片设计中被广泛应用。
3. 结构设计风力发电机组叶片的结构设计主要包括叶片的长度、形状和剖面等几何参数的确定。
通常情况下，叶片的长度应根据风力发电机组的机组容量和环境条件进行确定，以实现最佳的发电效率。
叶片的形状和剖面则直接影响到叶片的气动特性，如风阻、升力和推力等。
为了充分利用风能，叶片的气动特性应该尽可能优化，逐步增大风阻和升力，减小风阻系数和剪力等。
4. 性能分析与优化风力发电机组叶片的性能分析与优化通常采用计算流体动力学（CFD）模拟和试验验证相结合的方法。
通过CFD模拟，可以对叶片在不同工况下的流动场进行数值计算，获得叶片的气动特性，如风阻、升力系数、剪力等。
同时还可以对叶片进行结构力学分析，评估其强度和刚度等。
通过与试验数据的对比，可以验证CFD模拟的准确性，并对叶片的设计进行优化。
在进行风力发电机组叶片设计与性能分析时，还需要考虑以下几个关键因素：A. 多工况性能分析：叶片在不同风速下的气动特性会发生变化，因此需要对叶片在多个工况下进行性能分析，并针对不同风速进行优化设计。
风力机叶片设计及翼型气动性能分析
风力机叶片设计及翼型气动性能分析风力机叶片是风力发电机的核心部件之一，其设计和翼型选择对风力机的发电效率、噪音和寿命等都有着非常重要的影响。
本文将介绍风力机叶片的设计及翼型气动性能分析。
一、叶片设计原理风力机叶片的设计目的是将大气中的风能转换成旋转能，并将其通过转轴传递给发电机，从而产生电能。
因此，叶片的设计主要围绕以下几点展开：1. 创造足够的扭矩：风力机的转子需要达到一定的转速才能发电，而叶片的弯曲和扭矩对于旋转速度的影响至关重要。
设计中需要选择合适的曲线形状和长度来实现理想的扭矩和转速。
2. 保证叶片的强度和稳定性：因叶片在高速旋转状态下会受到巨大的惯性力和风力力矩的作用，因此其材料和结构要足够坚固和稳定，以避免可能的断裂等事故。
3. 提高叶片的气动效率：叶片的气动效率是指其转化风能的能力，通常可以通过优化翼型、减小阻力、降低风阻等方法来提高。
二、叶片设计步骤1. 选定叶片长度：叶片长度通常是根据风力机的规格和性能要求来确定的，也可以根据标准长度来选择。
2. 选择翼型：翼型是叶片的重要组成部分，其形状和性能决定了叶片的阻力和气动效率。
目前，常用的翼型有NACA0012、NACA4415等，根据实际需求来选择。
3. 确定叶片曲线：叶片的曲线是决定扭矩和转速的关键因素，可以通过实验或模拟方法得到合适的曲线形状。
4. 优化叶片的结构：结构设计主要涉及到叶片的强度和稳定性，通常需要进行材料选择、计算等工作以保证叶片的安全性和寿命。
5. 模拟叶片气动特性：叶片的气动特性可以通过流场模拟、试验等方式来获取，可以根据实际需求来对叶片进行调整以达到理想的效果。
三、翼型气动性能分析翼型气动性能是指翼型在气流中运动时产生的力和力矩，其中，升力和阻力是翼型气动力的主要组成部分。
通过分析翼型气动性能，可以选择最优化的翼型来设计叶片。
1. 升力和阻力翼型的升力和阻力是由翼型形状、气流速度、攻角等因素共同决定的。
实际上，翼型的气动性能曲线通常都是非线性的，其升力和阻力特性会随着攻角的变化而不断变化。
风力发电机组叶片设计与优化
风力发电机组叶片设计与优化随着现代社会对可再生能源的需求不断增长，风力发电已成为一种广泛使用的能源。
对于风力发电机组而言，叶片是其中最为重要的组件之一。
它们负责将风能转化为机械能，并将其传递到发电机上。
因此，叶片的设计和优化对风力发电机的性能和效率至关重要。
在本文中，将会介绍风力发电机组叶片设计和优化的一些关键要素。
一、叶片设计的关键因素风力发电机组的叶片需要在不同的气流条件下工作，如风速、气流水平度和湍流强度等。
因此，在叶片的设计过程中，需要考虑以下因素：1、气动特性：叶片的气动特性是叶片性能的关键因素。
气流接触叶片表面时，会在叶片的上表面形成凸起，而在叶片的下表面则形成凹陷。
这种气动效应产生的升力将会推动叶片旋转。
2、材料：叶片的材料需要承受各种气流条件下的压力和应变，同时还需要具有足够的强度和刚度来承受自身重量和旋转惯性力。
常用的叶片材料有复合材料、玻璃钢和木材等。
3、长度和形状：叶片的长度和形状会影响其升力和扭矩。
长而窄的叶片具有较大的升力和较小的扭矩，而短而宽的叶片则具有较小的升力和较大的扭矩。
二、叶片设计的优化方法为了使叶片在不同的气流条件下具有最佳的性能和效率，需要进行叶片设计的优化。
以下是一些常用的叶片设计优化方法：1、拉格朗日方法：这种方法将叶片的运动视为拉格朗日方程的变量，并使用优化算法来寻找最佳的设计方案。
2、遗传算法：这种方法利用进化算法来找到最优的叶片设计。
在每一代中，将对当前设计的参数进行微调，以便更快地寻找到最佳设计方案。
3、CFD模拟：CFD(计算流体动力学)模拟可以对叶片在不同的气流条件下的工作进行模拟和分析。
这可以帮助优化叶片的设计和性能。
三、叶片设计的未来趋势风力发电机组的叶片设计已经取得了长足的进步，但是仍然存在一些挑战需要克服。
其中最重要的挑战之一是提高叶片的效率。
这可以通过采用新材料、优化叶片形状和增加叶片长度等手段来实现。
此外，尽管目前风力发电机组的叶片已经非常巨大，但是大型风力发电机组可能需要更长的叶片，以产生更多的电力。
风力机的叶片课程设计
风力机的叶片课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解风力发电的基本原理，掌握风力机叶片设计的基本概念。
2. 学生能够描述风力机叶片的几何特征，如翼型、弦长、扭角等，并解释它们对风力机性能的影响。
3. 学生能够运用物理知识分析风力机叶片在气流中的受力情况及其能量转换过程。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，通过小组合作设计简单的风力机叶片模型。
2. 学生能够利用技术工具（如CAD软件）进行风力机叶片的设计与模拟。
3. 学生能够通过实验和数据分析，评估不同叶片设计对风力机效率的影响。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到风力发电对环境保护和可持续发展的重要性，培养对可再生能源的积极态度。
2. 学生在团队协作中培养沟通、合作与解决问题的能力，增强合作意识和集体荣誉感。
3. 学生通过实践探索，激发对科学研究的兴趣，培养勇于创新、不断探究的科学精神。
本课程针对高年级学生，结合物理、工程与技术知识，旨在通过风力机叶片的设计与制作，使学生在掌握相关知识的同时，提高实践操作能力，培养科学探究和创新思维，同时强化环保意识和团队协作精神。
课程目标的设定符合学生认知特点，强调理论与实践的结合，注重培养学生的综合运用能力和实际操作技能。
二、教学内容本章节教学内容围绕风力机叶片的设计原理和制作过程展开，结合课本相关章节，具体包括：1. 风力发电原理：讲解风力发电的基本原理，介绍风力机叶片在风力发电中的作用。
2. 叶片设计基础知识：阐述叶片的几何参数，如翼型、弦长、扭角等，分析这些参数对风力机性能的影响。
3. 叶片材料与结构：介绍常用叶片材料及其特点，分析叶片结构设计对风力机性能的影响。
4. 叶片设计方法：讲解风力机叶片的设计方法，如经验法、优化法等，并指导学生运用CAD软件进行叶片设计。
5. 叶片模型制作：指导学生分组进行叶片模型的制作，掌握模型制作的基本步骤和技巧。
6. 实验与数据分析：进行风力机叶片性能测试实验，收集数据，分析不同叶片设计对风力机效率的影响。
风力发电机组的叶片设计与优化策略
风力发电机组的叶片设计与优化策略1. 引言风力发电是一种清洁、可持续的能源，其关键组件之一是风力发电机组的叶片。
叶片的设计和优化对于提高风力发电机组的效率和性能至关重要。
本文将探讨风力发电机组叶片的设计要求和优化策略。
2. 风力发电机组叶片的设计要求2.1 气动性能风力发电机组的叶片需要具备良好的气动性能，包括较高的升力系数和较低的阻力系数。
叶片的气动外形应该能够最大化地吸收和利用风能，并降低气动阻力，提高风力发电机组的效率。
2.2 结构强度叶片在运行中要承受较大的风力压力和转动惯量，因此结构强度必须得到保证。
叶片需要具备足够的刚度和抗扭转能力，以防止在高速旋转时产生过大的振动和变形。
2.3 噪音减少风力发电机组运行时会产生一定的噪音，尤其是叶片与空气摩擦时会产生较大的噪音。
因此，在叶片的设计过程中，需要考虑减少噪音的措施，例如改进叶片表面的光滑度，减少表面摩擦。
3. 风力发电机组叶片的优化策略3.1 材料优化叶片的材料选择对于提高叶片的结构强度和抗扭转能力至关重要。
常见的叶片材料有玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料，这些材料具有较高的强度和轻量化的特点，是叶片制造中常用的选择。
3.2 叶片外形的优化叶片外形的优化是叶片设计中的核心问题。
一般来说，叶片的长度和弯曲度对于风力发电机组的性能有着重要的影响。
通过合理地设计叶片的曲线和扭转分布，可以达到提高风能捕捉效率的目的。
此外，还可以采用翼型优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，来求解最佳的叶片外形。
3.3 运行参数的优化风力发电机组叶片的运行参数也可以通过优化来提高风能转化效率。
例如，通过调整叶片的旋转速度、倾斜角度和叶片的扭转分布，可以使叶片在不同风速下都能以最佳状态运行，从而最大限度地提高风能转化效率。
4. 风力发电机组叶片设计与优化的案例研究国内外许多研究人员和工程师都对风力发电机组叶片的设计和优化进行了深入研究。
例如，瑞典乌普萨拉大学的研究团队通过数值模拟和实验验证，优化了风力发电机组叶片的扭转角度分布，提高了转化效率。
风力发电机组的叶片设计与优化
风力发电机组的叶片设计与优化1. 引言风力发电是一种清洁能源，具有环保和可再生的特点。
而风力发电机组的叶片设计则是该系统中至关重要的组成部分。
本文旨在探讨风力发电机组叶片的设计原则和优化方法，以提高发电效率和性能。
2. 叶片设计原则2.1 翼型选择翼型的选择对叶片的性能有着重要影响。
常用的翼型包括NACA飞机翼型和DU系列风能翼型等。
在选择翼型时，要考虑到其气动性能、抗风能力和韧性等因素。
2.2 叶片形状叶片形状的设计应兼顾力学特性和气动性能。
叶片长度、扭转角度、宽度和厚度等参数需要合理把握，以满足不同气流条件下的最佳发电效率。
2.3 材料选择叶片的材料应具备足够的强度、刚度和轻量化等特性。
常见的材料包括玻璃纤维增强复合材料、碳纤维等。
根据叶片的工作环境和成本考虑，选取最合适的材料。
3. 叶片设计与优化方法3.1 气动优化在叶片设计过程中，通过气动的优化使得叶片在不同风速下能够产生更大的扭矩。
气动优化可以利用计算流体力学（CFD）模拟进行，通过调整叶片形状和翼型等参数，探索最佳气动设计。
3.2 结构优化叶片在运行过程中承受着风力和离心力等巨大压力。
为了保证叶片的强度和刚度，可以利用有限元分析方法对叶片的结构进行优化，确保其能够承受更大的载荷。
3.3 声音优化风力发电机组在工作时会产生一定的噪音，为了降低环境噪音污染，叶片设计中需要考虑减小噪音的方法。
可以通过改变叶片的形状、增加吸音材料等方式来达到声音的降噪效果。
4. 叶片优化示例4.1 Aerodyn公司的叶片优化Aerodyn公司通过使用CFD模拟和结构优化方法，设计出了一款低噪音、高效率的风力发电机组叶片。
优化后的叶片在各个风速下都能够提供更高的发电能力，同时降低了噪音水平。
4.2 叶片材料优化研究人员针对叶片材料进行了优化研究，提出了一种新型复合材料。
该材料在保持足够强度的同时，具备更好的轻量化性能，能够最大程度地提高叶片的转速和发电效率。
风力发电机组叶片设计原理研究
风力发电机组叶片设计原理研究随着对可再生能源的需求日益增长，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式受到了广泛关注。
在风力发电机组中，叶片是转换风能为机械能的核心部件。
因此，叶片的设计和性能对于风力发电机组的有效运行和高效能量转换具有至关重要的作用。
一、风力发电机组叶片的基本结构风力发电机组主要由塔架、转子、发电机以及叶片等组成。
而叶片是最为关键的部件，其主要作用是通过捕获风的能量并将其转换为机械能。
叶片通常由复合材料制成，具有一定的柔韧性和刚性。
叶片的设计需要综合考虑气动性能、结构强度、材料特性以及成本等因素。
二、叶片的气动性能设计原理1. 叶片的气动外形设计叶片的气动外形设计是指通过外形的优化来提高叶片的气动性能。
一般情况下，叶片的外形呈现出弯曲的特点，这有利于增加叶片的面积，并提高叶片对风的捕获效果。
此外，叶片的前缘和后缘也需要进行适当的设计，以减小阻力和噪音。
2. 叶片的空气动力学设计叶片的空气动力学设计是指通过几何参数和气动参数的优化，使其在风力荷载下保持较好的稳定性和动态特性。
在设计过程中，需考虑叶片的扭转角度、截面形状、厚度分布等参数，以及流场的响应和控制。
三、叶片的结构强度设计原理1. 叶片的结构形式设计叶片的结构形式设计是指通过选择合适的材料和结构形式来满足叶片在风力荷载下的结构强度要求。
常见的叶片结构形式有直桨叶片和弯曲叶片两种。
直桨叶片适用于小型和中型风力发电机组，而弯曲叶片适用于大型风力发电机组。
2. 叶片的材料选择和布局设计叶片的材料选择需要考虑材料的强度、耐疲劳性能以及可加工性等因素。
常用的叶片材料有玻璃纤维增强塑料（GRP）、碳纤维复合材料（CFRP）等。
此外，叶片的布局设计也是叶片结构强度设计的重要内容，通过合理的布局设计可以提高叶片的整体强度和稳定性。
四、叶片设计的优化方法1. 数值模拟方法数值模拟方法是一种常用的叶片设计优化方法，通过建立叶片的数学模型，利用计算流体力学（CFD）方法对叶片的气动性能和结构强度进行分析和优化。
风力发电机组叶片设计与气动性能优化
风力发电机组叶片设计与气动性能优化1. 风力发电机组叶片设计中的关键要素风力发电机组的叶片是将风能转化为机械能的重要组成部分。
在进行叶片设计时，需要考虑以下几个关键要素：1.1 叶片材料选择叶片的材料选择直接影响到叶片的强度、重量以及耐久性。
常用的叶片材料包括玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）等。
根据实际情况选择合适的材料，平衡叶片的性能和成本。
1.2 叶片型号与结构设计叶片的型号和结构设计对于风力发电机组的性能具有重要影响。
常见的叶片型号有直线型、弧形型和延伸型等，不同型号的叶片适用于不同风速和风向条件。
另外，叶片结构设计也需要考虑到叶片的性能需求和制造成本等因素。
1.3 叶片长度与扭转角度叶片长度和扭转角度对于风力发电机组的性能也具有重要影响。
较长的叶片可以捕捉更多的风能，但同时也增加了叶片的重量和制造成本。
合理设计叶片长度和扭转角度可以提高风力发电机组的发电效率。
2. 风力发电机组叶片气动性能优化方法为了进一步提高风力发电机组的发电效率，可以采用以下几种气动性能优化方法：2.1 叶片气动外形优化通过优化叶片的气动外形，可以降低叶片的阻力和气动损失，提高发电机组的发电效率。
常用的优化方法包括改变叶片的厚度、弯曲度和剖面形状等。
2.2 叶片材料选择与优化选择适当的叶片材料可以减轻叶片的重量，提高风力发电机组的发电效率。
与此同时，也需要考虑材料的强度和耐久性，确保叶片在恶劣的环境条件下能够正常运行。
2.3 叶片结构优化优化叶片的结构设计可以降低叶片的振动和噪声，提高整个风力发电机组的性能稳定性。
常用的结构优化方法包括改变叶片的支撑结构、增加防风措施等。
2.4 使用流体力学模拟软件进行优化借助流体力学模拟软件，可以对风力发电机组的叶片进行详细的气动性能分析，为优化设计提供科学依据。
模拟软件可以模拟不同风速和风向条件下的叶片性能，帮助工程师进一步改进叶片设计。
3. 风力发电机组叶片设计与气动性能优化的发展趋势随着科技的发展和研究的深入，风力发电机组叶片设计与气动性能优化也在不断演进。
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风力机叶片设计、制造的趋势和评价风力机叶片设计、制造的趋势和评价风力机叶片设计、制造的趋势和评价风力机叶片设计、制造的趋势和评价美国Sandia 国家试验室 Paul S.Veers,Thomas D.Ashwill,,Herbert J. Sutherland,ird and Donald.W Lobitz 等著前言风力机叶片的尺寸和产量都巳稳定增大，现在主流产品功率为 1MW 至 3MW。
80 米直径的转子巳在生产，90 米至 120 米直径的转子已有样机。
2001 年生产风力机叶片共用了5 万吨成品玻璃纤维层合板，今后几年还会增加。
叶片变长叶轮变大，都会增加叶片在整机成本中的比重。
因为叶片是整台风机的关键部件之一,改进叶片的设计、制造及性能，一直是研究开发的主要目标。
叶片设计和制造的改进基于多年的生产经验和工业研发。
有的研发是欧美政府资助的项目。
研究的重点是,多种叶片设计和材料技术。
技术挑战包括:尺寸加大但抑制重量增加、改进功率性能和减轻载荷、方便运输、使疲劳循环达 1 亿至 10 亿次、和降低设计裕度。
叶片只占风机成本的 10% ~ 15%，所以靠叶片来降低能源价格(COE)，其作用是有限度的。
如果创新的叶片设计,能降低 10% ~ 20%载荷，则能从几个主要部件(如塔、传动轴系、叶片本身)都得到好处。
适当的叶片成本降低，和带来的其它系统造价降低，可降低能源价格。
设计和制造历史上的叶片结构和制造方法图1 是切面图，表示风机叶片的典型结构。
翼缘(大梁盖)为较厚的主要是单向纤维铺层组成，以承担拍打方向的弯矩。
叶片蒙皮是典型的双轴向的(double-bias)或三轴向的(triaxial)玻璃纤维;轻木或泡沫塑料芯是抗屈曲用的。
过去，叶片用全玻璃纤维铺层或个别情况用碳纤维局部加强制造。
当叶片长度到 30 米时，最普通的制造方法是湿法手工铺放敞模成型。
值得注意的例外是 Vestas,她造叶片一直用预浸料玻璃纤维。
<!--[if !vml]--> <!--[endif]--> 图 1. 风力机叶片结构图叶片质量增加的趋势图 2 给出 750KW 至 4.5MW 风机叶片质量与风机转子半径的关系。
简单地放大叶片，其质量将按转子半径的立方增加。
但图 2 并非如此，仅是半径 2.3 次方的关系。
从图 2 还可看到叶片质量有较大分散度。
这主要因为材料、制造方法及设计准则的变化。
对某一设计等级的某个制造厂,还可发现其质量增大另一种趋势。
Vestas 的 V66 和 V80 叶片的质量差就是半径的 2.7 次方的关系。
此指数值很接近立方放大关系。
因为 V66 巳用了高性能预浸材料，己是轻重量设计,再降低重量(假定未改变纤维种类)的空间不大了。
质量增长指数低于立方关系，很可能是采用较厚截面的翼型的结果。
LM35.0 和 LM43.8,在 IEC 二级,的质量差放大指数为半径的 1.7 次方,这大大低于其它各家的。
这是因为 LM 设计中已在材料性能上采取了重大改进 , 和使用较厚截面的翼型。
<!--[if !vml]--><!--[endif]--> 图 2. 商用 MW 级叶片设计的质量增长(基本为玻璃纤维) 参考文献 2 详细介绍了，商业叶片质量增长趋势，和气动力、结构设计、材料、制造工艺的基本评价。
数据表明抑制重量增加的主要办法是，对大叶片采用有较大厚度--弦长比(t/c)的翼型。
大于 20 米至 50 米的叶片，雷诺数增加,允许使用高厚弦比翼型，而对气动性能无大不利。
用较厚翼型，可能也会进一步改善结构功能，但也必须综合考虑气动性能。
图 2 的数据仅限基本是玻璃纤维(指全玻璃纤维或有选择的使用碳纤维)叶片。
用碳纤维梁的叶片，如 Vestas V90 和 DeWind 40 米叶片不在内。
与材料有关的抑制质量增加的方法主要在，改进铺层的一致性、较好的纤维平直度和增多纤维含量份额。
制造趋势不少风机制造厂正走向自己配套生产叶片,并使用多种多样的材料和制造方法。
Nordex 和 GE 生产 30 米至 50 米叶片，都是敞模湿法成型，用手工铺放基本为玻璃纤维的结构。
NEG Micon 制 40 米叶片用碳增强环氧复合材料(woodsolepoxy)。
TPI Composites 制造 30 米叶片用它的 SCRIMP 真空辅助树脂造型工艺(VARTM)。
Bonus 现在制造大叶片,有种更新颖的方法，制造 30 米以上长叶片，用单注射浸渍干成型,不再需要上部叶片和下部叶片的第二次粘接。
近来，有些叶片在承重梁结构混用碳纤维。
Vestas 新 V90 叶片用碳纤维梁。
DeWind 用革新方法生产 40 米碳纤维玻璃纤维混合叶片。
此工艺中翼缘用预浸碳纤维。
固化后，翼缘作为半成品砌入玻璃纤维的叶片蒙皮。
大叶片的设计和限制常规玻璃纤维叶片，成品叶片的制造成本为 9 至 11 美元/公斤。
评价风机任何设计和制造改动的价值，基本数字是系统的电价。
一般说，叶片占整台风机费用的 10%至 15%。
叶片更改材料和工艺所增加的成本,必须由系统的其它改进得到补偿，如发电性能和负荷。
要将现在叶片经济地放大到叶轮直径大于80 米至 120 米,巳了解到叶片设计和工艺有几项基本困难。
最现实的约束是运费,大于 46 米运费就猛增，超过 61 米就禁止长途拖运。
就制造言，环保可能禁止继续使用有挥发气体高排放的工艺，如湿法手工铺放敞模成型，它曾经是风机业的常规。
制造大叶片遇到的另一个问题是胶接。
叶片大了，配合与胶结部分间的缝隙也会大些。
适用于小叶片的粘结剂，也不大适用于胶接大缝隙，而且制造叶片的工具和生产成本也会因其尺寸公差的要求严格而增加。
重力载荷也是设计应考虑的，但这不是采用现有材料而放大叶片设计的绝对约束。
当然，采用轻材料和轻型设计而减轻叶片重量，对 MW 级叶片是有利的。
因为这可不加强尾缘和根部过渡处,就可适应重量增加引起的尾缘方向(edgewise)疲劳载荷。
改进设计的动力 1992 年是设计直径为 40 米转子的 500KW 风机。
现在是设计直径为 100 米转子的 3MW 级风机。
如前面讨论的，转子尺寸的增加并未导致叶片重量按立方增加。
这归功于设计，设计改进了叶片材料和结构的安全裕度。
在降低安全系数情况下进行可靠的设计，在设计过程中必须应用更先进的技术。
载荷分析巳大大提高了精确度，故障分析是需要的，屈曲稳定性预测要用非线性有限元分析法。
极限载荷风力机的极限载荷是从风场 50 年极端风速和最大瞬时运行状态得出的。
早期的较小的转子,主要按 50 年最大风载作为极限载荷。
转子增大后，瞬时运行风载成为极限载荷。
经过多年经验，运行载荷的分析巳相当准确。
叶根由于转子大了，叶根联接部分的疲劳寿命成为关键。
现在大叶片根部直径加大,相对厚度降低，叶根联接部需用三维非线性分析。
现用的大直径变浆矩轴承,比小转子的灵活些，对滚珠轴承必须用非线性接触间隙(contact gap)模型模拟。
铺层转子直径大了，由于塔隙的要求,叶片铺层的疲劳不是关键了。
在叶片过渡区和 50%翼展之间，往往是叶片铺层疲劳寿命最低的。
塔隙(tower clearance) 转子直径增大，塔隙成为决定叶片铺层尺寸设计的支配因素。
基本的上风式转子--塔架的布置，没有因转子增大而改变。
由于叶片挠度按长度的立方关系变化，而且运行负荷现在常超过 50 年最大风载，转子增大则塔隙必然成为设计的支配因素。
叶片材料大量材料已成功地用于风力机叶片，主要是玻璃纤维复合材料。
转子增大就促使设计者研究其它材料并对现有材料采用革新工艺。
玻璃纤维材料已经通过对玻璃纤维复合材料的研究，得到两个风力机叶片材料和载荷主要数据库，European Fact 和 US DOE/MSU 复合材料疲劳数据库。
前者对一些材料作了深入研究并对材料特性作了最好的描述，而后者许多材料作了不是很深入的研究，但对材料特性作了最好的描述。
这些数据库仍在不断更新和扩大，见参考文献 13,14。
这些数据库及其相关研究和试验,带来的主要收获是对复合材料的疲劳机理的理解。
深入的试验巳证明，如果有纤维含量超过临界水平的地方,纤维结构和纤维含量会显著地降低疲劳寿命。
类似的疲劳寿命降低在构件细节部分也可发现,如在铺层数减少处、加强筋板的粘接处、和夹层结构板端部。
第一种典型情况见图 5。
疲劳试验时, 玻璃铺层在铺层减数少处的分层是主要问题。
数据表明，重要的强度降低能发生于这种情况。
数据还表明，一次仅仅减薄一层,大的降低就能减少或避免。
通过在关键位置减少一些铺层减薄,和在铺层减少处的周围用较多连续铺层，就可能有进一步改进。
我们应强调指出，这里所用的试样比叶片试样的铺层薄。
按载荷谱加载的试验表明,像 Miner 法则这样的线性损伤评估预测的寿命是过高的,(常与以等幅试验数据为基础预测的使用寿命差 10 倍)。
此外，载荷谱数据曾显示，大量低振幅疲劳循环，这是典型的作用于风机叶片的疲劳载荷谱，比以前想的更易发生破坏。
由于这些数据库不够用欧共体又资助了新项目,名为“最佳叶，片”。
此项目有一批欧洲单位参加(10 个科研单位，2 个认证单位，6 个工厂)。
本项目计划进行 52 个月，投资 500 万欧元。
6 项主要研究任务是:变幅负荷，多向应力状态，极端环境条件，厚铺层和修复，剩余强度和条件评价，设计建议。
这些任务中心是,玻璃纤维和聚酯复合材料的试验。
本项目后期可能试验碳复合材料。
这里许多任务与美国现在的计划是并行的。
特别注意的研究是变幅负荷，极端环境条件，剩余强度。
对碳纤维复合材料的研究也巳开始。
初步研究表明，从疲劳的观点看，碳纤维的关键问题是纤维的平直度。
小的不平直可导致疲劳强度的大幅下降。
制造工艺对碳纤维叶片是很关键的。
碳纤维转子尺寸变大，促使设计者研究采用玻璃纤维复合材料以外的复合材料。
碳纤维就是已来到面前的一种。
目前商业设计还主要限于，选择性加强或在传统的叶片设计中成块地取代玻璃纤维。
高风险的创新设计，大多是政府基金资助的研发(与工业界合作)。
碳纤维在风力机叶片上的应用基本有三种方式:成块地代用承载的玻纤材料，选择性加强，整个叶片全新设计。
前二种情况，在不同于常规的叶片设计中用碳纤维,可能比常规设计的叶片经济。
第三种情况，碳纤维提供创新设计的可能，提高性能并降低载荷。
用于叶片上，碳纤比玻纤有几方面明显优势:高模量(3 倍)，低密度(2/3),较高拉伸强度，降低疲劳敏感度。
明显的弱点是成本高，但它可从重量减轻上抵消一些。
早期试验结果表明，较低价的碳复合材料的有关应变性能,特别是压力应变，与宇航级材料相比相差甚远, 它们对加强结构、制造方法、构件细节几何形状都非常敏感。