[发明专利]一种风力机叶片及其设计方法

权利要求书

1.一种风力机叶片的设计方法，所述叶片包括大梁（2）和蒙皮（1），所述大梁（2）包括至少一个开孔（21），其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）根据设计要求，采用现有叶片设计方法，确定叶片的气动外形参数和实体大梁的结构参数；

2）采用通用的拓扑优化方法，对所述实体大梁进行开孔设计，在保障叶片承载能力的同时，以降低大梁重量为优化目标，确定大梁的初步开孔位置及开孔尺寸，开孔后的大梁应满足步骤1）中确定的结构参数；

3）沿叶片径向布置一定数量的加强肋条，加强肋条与大梁的上下侧面相联接，肋条形状与所在叶片横截面处的翼型相符，通过优化计算，确定肋条的初步设计位置、数量和尺寸；

4）在加强肋条的外部铺设复合材料铺层的蒙皮，通过优化计算，确定蒙皮的材料与初始设计厚度，所述蒙皮应满足步骤1）中确定的叶片气动外形参数；

5）完成步骤1）至步骤4）后，得到初步设计完成的叶片结构；

6）根据设计要求，对初步设计完成的叶片结构进行强度、刚度和疲劳校核，根据校核结果，对初步设计的叶片结构进行调整优化，保证叶片具有良好的结构性能；

通过以上步骤实施，完成叶片的设计过程，在设计过程中，对叶片的气动外形不做调整，保持与步骤1）中一致，以保证叶片气动性能符合设计要求。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，采用有限元结构分析方法对初步设计完成的叶片结构进行校核。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，对初步设计的叶片结构进行调整优化时，调整参数包括大梁的开孔位置、尺寸，大梁厚度，加强肋条的数量、材料、位置、尺寸，和蒙皮的厚度。

4.根据权利要求1~3所述的水平轴风力机叶片的设计方法制备的叶片，其特征在于，所述加强肋条的材料与所述大梁的材料均为玻璃纤维增强材料和泡沫芯材构成，两者通过结构胶粘接固定。

5.根据权利要求4所述的叶片，其特征在于，所述加强肋条的数目、尺寸和排布位置由所述叶片的结构强度和刚度分析结果确定。

6.根据权利要求4所述的叶片，其特征在于，所述开孔为矩形开孔，每个所述矩形开孔沿叶片径向的长度在3米以内，每个所述矩形开孔至所述大梁上下边缘的距离大于大梁整体宽度的1/5。

7.根据权利要求6所述的叶片，其特征在于，所述大梁上的矩形开孔少于10个，各矩形开孔之间的距离大于100厘米。

8.根据权利要求6所述的叶片，其特征在于，所述矩形开孔的数目、尺寸和排布位置由所述叶片的结构强度和刚度分析结果确定。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的叶片，其特征在于，所述蒙皮的厚度大于5毫米。