2.1　材　料
    目前商品化的大型風(fēng)力機(jī)葉片大多采用玻璃纖維復(fù)合材料(GRP)。長(zhǎng)度大于40m葉片可以采用碳/玻混雜復(fù)合材料，但由于碳纖維的價(jià)格，未能推廣應(yīng)用。GRP葉片有以下特點(diǎn)：
①可根據(jù)風(fēng)力機(jī)葉片的受力特點(diǎn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與剛度風(fēng)力機(jī)葉片主要是縱向受力，即氣動(dòng)彎曲和離心力，氣動(dòng)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(dá)到最大氣動(dòng)效率。為了達(dá)到最佳氣動(dòng)效果，葉片具有復(fù)雜的氣動(dòng)外形。在風(fēng)輪的不同半徑處，葉片的弦長(zhǎng)、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(shí)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(qiáng)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(jī)安裝在戶外，近年來(lái)又大力發(fā)展離岸風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)力機(jī)安裝在海上，風(fēng)力機(jī)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(dòng)設(shè)計(jì)
    風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)理論是在機(jī)翼氣動(dòng)理論基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。19世紀(jì)20年代一些著名氣動(dòng)學(xué)家對(duì)機(jī)翼理論做出了貢獻(xiàn)。Betz、Glauert、Wilson等在此基礎(chǔ)上發(fā)展了風(fēng)輪氣動(dòng)理論。我國(guó)的氣動(dòng)學(xué)家對(duì)風(fēng)輪氣動(dòng)理論也做出過(guò)貢獻(xiàn)。
Betz采用一元定常流動(dòng)的動(dòng)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(méi)有錐角;風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有摩擦阻力;風(fēng)輪流動(dòng)模型可簡(jiǎn)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(dòng)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(jì)包括決定風(fēng)輪直徑、葉片數(shù)、葉片剖面弦長(zhǎng)、厚度、扭角及選取葉片剖面的翼型。運(yùn)用Betz理論可建立簡(jiǎn)易葉片外形設(shè)計(jì)方法，但目前不常用。Glauert優(yōu)化設(shè)計(jì)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(diǎn)對(duì)葉片外形設(shè)計(jì)影響較小，但對(duì)風(fēng)輪氣動(dòng)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(jì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求應(yīng)進(jìn)行修正和氣動(dòng)性能的計(jì)算，以達(dá)到優(yōu)化。Wilson氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論是目前常用的方法。該理論對(duì)Glauert設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了改進(jìn)。研究了葉尖損失和升阻比對(duì)葉片性能的影響以及風(fēng)輪在非設(shè)計(jì)狀態(tài)下的氣動(dòng)性能。為使風(fēng)輪Cp值最大，須使每個(gè)葉素dCP值最大。理論建立了dCP與氣動(dòng)參數(shù)的關(guān)系式，從而得到最佳氣動(dòng)參數(shù)和氣動(dòng)外形。確定氣動(dòng)外形后計(jì)算氣動(dòng)性能，主要包括軸向推力、轉(zhuǎn)矩、功率及相對(duì)應(yīng)的系數(shù)。上述氣動(dòng)理論有其局限性，理論設(shè)計(jì)須結(jié)合風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行驗(yàn)證更精確的理論應(yīng)考慮3D效應(yīng)及動(dòng)態(tài)失速影響。