叶片是风力机组的重要部件之一,风轮叶片设计将直接决定风电机组的整机性能。叶片的设计主要包括叶片的结构设计和气动外形设计,叶片的结构设计主要是叶片沿弦长方向上进行结构区域划分及叶片的铺层结构设计;叶片的气动外形设计主要是叶片沿展长方向上的翼型的选择、弦长与扭角分布及预弯型线的设计;叶片的结构设计和气动外形设计是存在耦合的设计关系,二者相互影响,直接决定叶片的载荷、变形、气动性能,以及整机的年发电量等。因此开展玻碳混合铺层结构风电叶片优化设计及其气弹特性的分析研究有一定的现实工程价值。本文首先对风电叶片的空气动力学基础理论进行了分析和研究,探讨了玻碳混杂低风速风电叶片的设计研究情况。然后根据风电叶片的空气动力学基础理论对风电叶片的铺层结构和气动外形设计进行参数化的表达,以便对叶片的气动性能进行计算和风力机的年发电量进行计算。通过对叶片结构和气动外形的参数化表达,借助于MATLAB和ANSYS APDL软件,构建54米2MW低风速风电叶片有限元模型,然后对其进行截面结构特性、载荷及结构强度进行分析对比,以验证该建模方法的可靠性,为后文叶片的优化设计提供基础。最后,在现有54米2MW叶片的结构和气动外形的基础之上,以减小叶片的总重量为目标函数,对叶片主梁和尾缘加强部位的铺层结构进行优化,借助于GH-Blade和ANSYS软件对叶片的强度、刚度、质量、载荷及气弹特性进行分析,对比原54米2MW风电叶片,设计优化后的风电叶片在满足风电叶片刚度和强度的前提下,叶片的总质量要明显减小,优化叶片在气弹变形、动态载荷方面均有明显的减少,优化叶片具有良好的气弹稳定性。本文提出的玻碳混杂风电叶片设计理论和方法,为我国低风速风电叶片的大型化和轻量化设计提供了参考和依据。