科利尔航空航天公司新的HyperX®结构分析和设计软件用于天然复合材风机叶片尺寸设计

　　法国巴黎―科利尔航空航天公司（Collier Aerospace Corp.）在JEC World 2022上发布其新的HyperX®结构分析和设计软件，展示该工具在确定7.4米天然纤维复合材料风力涡轮机叶片尺寸方面的实际应用。叶片的开发是由韩国洪基克大学海军建筑和海洋工程系与软件经销商Samwon Millennia，Inc.合作完成的。总之，目的是评估用天然植物基亚麻纤维增强材料替代E玻璃纤维的可行性，以减少报废叶片对环境的影响。

　　除了确定尺寸，科利尔航空航天公司（Collier Aerospace）还使用HyperX软件定义材料和铺层，并确定尺寸，以帮助确保叶片满足团队的所有性能要求。新软件在叶片的整个结构设计阶段使用，包括层压板堆叠序列、铺层边界和铺层堆叠顺序。

　　“科利尔航空航天公司（Collier Aerospace）的HyperX软件功能令人印象深刻，在天然纤维复合材料风力涡轮机叶片的设计和开发方面产生了难以置信的不同表现，”，洪尼克大学的Yeonseung（Y.s.）Lee教授说。“由于该软件一次优化了所有需求，而不是一次优化一个需求，因此，尽管天然材料的机械性能较低，但我们的团队仍能快速找到可行的解决方案。科利尔航空航天公司提供的专家协助我们的团队确定了一种可行的叶片设计，该叶片主要由天然纤维增强。”

　　“这个风机叶片项目的设计要求包括在最小重量下的成本效益和可靠性，以帮助年发电量最大化，”，科利尔航空航天公司工程总监詹姆斯・安斯沃思（James Ainsworth）说，“我们最大的挑战是满足天然纤维复合材料的性能要求，它在环氧树脂中提供的刚度和强度不如E-玻璃纤维。使用HyperX软件，我们提供了优化亚麻纤维增强复合材料叶片的设计帮助，以满足挠度限值，以确保风塔间隙，确定梁帽位置和每个展向截面的厚度，并减少质量，以降低疲劳负荷及延长使用寿命。”

　　降低环境影响

　　由于风力涡轮机叶片难以进行商业回收，各集团正在研究以比填埋更环保的方式处置报废叶片的方法，或者重新收集材料，以便在后续应用中重复使用。韩国研究中采用的另一种方法是，在设计过程开始时，选择使用天然纤维增强材料，而不是碳纤维或玻璃纤维，以减少环境影响。首先，与碳纤维或玻璃纤维的生产相比，天然纤维的种植、收获和清洁的能耗要低得多。其次，由于天然纤维来源于活的植物，因此在生长周期中，天然纤维会隔离二氧化碳和氮，然后在用作复合增强材料的过程中，将这些气体锁在植物组织中。

　　最终的叶片设计采用了天然纤维和E-玻纤增强的混杂。它比原来的玻璃纤维增强叶片稍重（7.4%），但从技术上讲，这种额外的重量被认为是可以承受的，以获得使用天然纤维的环境效益。目前，正在使用真空辅助树脂灌注成型生产风机叶片。