科利爾航空航天公司新的HyperX®結構分析和設計軟件用于天然復合材風機葉片尺寸設計

　　法國巴黎—科利爾航空航天公司（Collier Aerospace Corp.）在JEC World 2022上發布其新的HyperX®結構分析和設計軟件，展示該工具在確定7.4米天然纖維復合材料風力渦輪機葉片尺寸方面的實際應用。葉片的開發是由韓國洪基克大學海軍建筑和海洋工程系與軟件經銷商Samwon Millennia，Inc.合作完成的�？傊�，目的是評估用天然植物基亞麻纖維增強材料替代E玻璃纖維的可行性，以減少報廢葉片對環境的影響。

　　除了確定尺寸，科利爾航空航天公司（Collier Aerospace）還使用HyperX軟件定義材料和鋪層，并確定尺寸，以幫助確保葉片滿足團隊的所有性能要求。新軟件在葉片的整個結構設計階段使用，包括層壓板堆疊序列、鋪層邊界和鋪層堆疊順序。

　　“科利爾航空航天公司（Collier Aerospace）的HyperX軟件功能令人印象深刻，在天然纖維復合材料風力渦輪機葉片的設計和開發方面產生了難以置信的不同表現，”，洪尼克大學的Yeonseung（Y.s.）Lee教授說�！坝捎谠撥浖�一次優化了所有需求，而不是一次優化一個需求，因此，盡管天然材料的機械性能較低，但我們的團隊仍能快速找到可行的解決方案�？评麪柡娇蘸教旃�司提供的專家協助我們的團隊確定了一種可行的葉片設計，該葉片主要由天然纖維增強。”

　　“這個風機葉片項目的設計要求包括在最小重量下的成本效益和可靠性，以幫助年發電量最大化，”，科利爾航空航天公司工程總監詹姆斯·安斯沃思（James Ainsworth）說，“我們最大的挑戰是滿足天然纖維復合材料的性能要求，它在環氧樹脂中提供的剛度和強度不如E-玻璃纖維。使用HyperX軟件，我們提供了優化亞麻纖維增強復合材料葉片的設計幫助，以滿足撓度限值，以確保風塔間隙，確定梁帽位置和每個展向截面的厚度，并減少質量，以降低疲勞負荷及延長使用壽命�！�

　　降低環境影響

　　由于風力渦輪機葉片難以進行商業回收，各集團正在研究以比填埋更環保的方式處置報廢葉片的方法，或者重新收集材料，以便在后續應用中重復使用。韓國研究中采用的另一種方法是，在設計過程開始時，選擇使用天然纖維增強材料，而不是碳纖維或玻璃纖維，以減少環境影響。首先，與碳纖維或玻璃纖維的生產相比，天然纖維的種植、收獲和清潔的能耗要低得多。其次，由于天然纖維來源于活的植物，因此在生長周期中，天然纖維會隔離二氧化碳和氮，然后在用作復合增強材料的過程中，將這些氣體鎖在植物組織中。

　　最終的葉片設計采用了天然纖維和E-玻纖增強的混雜。它比原來的玻璃纖維增強葉片稍重（7.4%），但從技術上講，這種額外的重量被認為是可以承受的，以獲得使用天然纖維的環境效益。目前，正在使用真空輔助樹脂灌注成型生產風機葉片。