1．目的及意义

能源问题是现代人类社会发展亟待解决的问题之一。风能由于清洁、可再生等优势在世界各国受到广泛的关注，研制大功率风电机组，更加安全、高效地开发风电资源成为各国研究的热点课题。风力发电机叶片是风力发电系统的关键零部件，直接影响着整个系统的性能，因此，叶片的材料，设计和制造质量水平十分重要。

传统复合材料风力发电机叶片多采用手糊工艺制造，手糊工艺生产风机叶片主要存在的问题是产品质量主要取决于工人的操作熟练程度和环境条件，生产效率低，而且产品质量均匀性波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品率较高。目前，国外的高质量复合材料风机叶片往往采用 RIM、RTM、缠绕及预浸料/热压工艺制造。其中RIM工艺投资较大，适宜中小尺寸风机叶片的大批量生产（gt;50,000片/年）；RTM 工艺适宜中小尺寸风机叶片的中等批量生产（5,000-30,000 片/年）；缠绕及预浸料/热压工艺适宜大型风机叶片批量生产。复合材料构件自动铺放技术是替代热压罐成形工艺过程中预浸料人工铺叠，提高质量和生产效率的重要手段。^【1】根据预浸料形态，自动铺放可以分为自动铺带和自动铺丝两类，其中自动铺带主要用于小曲率构件的自动铺放，使用的预浸带较宽，铺放效率高。

波音公司、辛辛那提机械（CincinnatiMachine）公司和氰特（Cytec）工业公司于20世纪70年代中期联合研制自动铺带机。1983年第一台商用铺带机进入生产领域，现已发展到第三代自动铺带机，铺带时可自动加热，逐层压实，并带有激光控制铺带定位系统。^【2】南京航空航天大学在2006年研制了自动铺带和纤维自动铺放原理样机，之后又发展了工程样机。中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所通过国际合作研制了复合材料自动铺带设备。^【3】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院在预浸料适宜性方面展开了研究工作，建立了预浸料黏性和可铺性的关系，并以战斗机和大型无人机的机翼为应用对象开展复合材料预浸料自动铺带技术研究，应用预浸料自动铺带技术制造了大型飞机和战斗机的符合材料构件。

采用自动铺带技术可以提高生产效率和减少原料浪费，从而降低复合材料构件的制造成本。有研究表明，手工铺叠复合材料效率为3lb/h，而自动铺带技术效率能达到15-30lb/h；手工铺叠复合材料废料率为15%-20%，而自动铺带技术废料率可以减少到5%左右。另外，自动铺带技术的定位精度比手工定位精度高两个量级以上。^【2】由此可见，该技术的应用可基本解决目前手工糊制叶片制造工艺中存在的技术和质量问题，是产品更新换代和占领市场的关键。然而，与发达国家相比，我国纤维增强复合材料成型技术相对落后，突破国外技术封锁，研发具有自主知识产权的复合材料自动铺放设备迫在眉睫。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2.1主要研究内容

1） 完成风力发电机叶片自动铺带机的总体设计方案，并对部件进行设计和选型，最后利用SolidWorks实现自动铺带机三维建模，完成装配图和零件图

2）利用SolidWorks为平台，对风力发电机叶片铺放过程进行运动仿真

3）利用ANSYS对自动铺带机主要受力零件进行强度校核，提高设计的可行性和可靠性

2.2 技术方案

本课题主要针对现有风力发电机叶片制造效率低，质量差，制造成本高等问题，以2MW风力发电机叶片为研究对象，选用碳纤维作为增强材料，环氧树脂为基体，研制新型风力发电机叶片制造设备——复合材料自动铺带机，并进行运动仿真和关键零部件的有限元分析，为其今后应用的可行性提供基础。