在西班牙作家塞万提斯（Miguel de Cervantes）创作的著名小说《堂吉诃德》（Don Quixote）中，同名主人公幻想自己是一位中世纪骑士，在啼笑皆非的冒险中将风车错认成巨人，结果让长矛卡在一片叶片中。幸好现代的风力发电机叶片不必遭受这种尖锐的蛮力，但叶片设计仍然需要进行应力与模态分析，以应对现实中的结构和环境负荷。

为什么风力发电机叶片需要使用复合材料？

风推动风力发动机螺旋桨状的叶片绕（连接到主轴的）转子旋转，转子继而带动发电机产生电力。为了将风的动能转化为电能，风力发电机叶片必须承受风力、重力和离心载荷。叶片数量可以增减（不过三片最为常见），这取决于风力发电机采用传统的水平轴还是新式垂直轴设计。

发电机叶片必须足够宽阔，才能发挥作用。大叶片要求工程师精心挑选合适的材料，既要轻盈，又要坚固。这些因素正是叶片承受结构荷载效应、抵抗大风、悬浮颗粒侵蚀和结冰等恶劣天气，以及长期维持稳定运行的关键。

绘制小说中唐吉诃德攻击的风车叶片

被风暴摧毁的发电机叶片

多年来，人们费尽心思寻找合适的叶片材料。20 世纪 40 年代，美国工程Palmer Cosslett Putnam 与 S. Morgan Smith 公司合作，使用钢制叶片制造出风力发电机。然而，由于使用的是金属材料，发电机难以稳定地运行，一个叶片仅仅经过几百小时就报废了。20 世纪 50 年代，丹麦工程师 Johannes Juul 通过改进设计，建造出 Gedser 风力发电机。这台发电机机能够连续运行 11 年而无需维护，这得益于三块由木材、钢和铝制成的复合材料叶片。从 20 世纪 70 年代起，复合叶片成为风力发电机制造的标准。工程师还发现，叶片的各个区域对应不同的循环载荷历史，所以在叶片的不同区域使用不同的复合材料，可以提高设计的功效。

（文章摘自：COMSOL）