随着全球潮汐流能源部门越来越接近商业可行性，随着开发商努力降低能源的平准化成本，以挑战与化石燃料发电相关的低成本，提出了额外的挑战。在运行过程中，这些叶片会遇到高可变的负载条件，包括冲击负载，同时不断浸没在水中。

2019年，欧洲潮汐流能量的装机容量达到27.7兆瓦，几乎是世界其他地区的四倍。而欧洲潮汐能产生的总电力增加了 15 GWh，迄今为止的总电量为 49 GWh。可用于生产在这些水下操作条件下不会腐蚀的潮汐涡轮机叶片的关键材料技术是纤维增强聚合物 - 例如玻璃纤维增强环氧树脂。

然而，这种材料的使用给显影剂带来了额外的挑战，即由于进水而导致拉伸和抗压强度的性能降低，这需要在叶片生产的设计和制造阶段加以考虑。潮汐涡轮机叶片上的高可变载荷会导致高弯矩和剪切载荷，这需要在叶片支撑部分的结构设计中允许。

对于水平轴潮汐涡轮机叶片，这些部分主要是翼梁和根部连接。这两个部分之间和根部的坚固连接以及厚截面复合材料结构通常用于承受这些高力和力矩。在设计这些关键结构部件时，已经为潮汐涡轮机叶片开发了先进的数值模型，其中包括损伤预测模型和环境对叶片材料机械性能的影响。

为了确保叶片在所需设计寿命内的使用寿命，根部连接必须承受操作载荷并承受最恶劣的条件。这是因为叶片重量以及所有静态和疲劳载荷以及由此产生的弯矩都支撑在叶片的根部。这导致需要高度可靠的根连接。

目前，有许多可用的解决方案，这些解决方案是在刀片固化后安装的。然而，在安装过程中，与复合材料的粘合和脱落会出现问题。因此，需要一种能够提供坚固连接的解决方案，该连接可以安装在刀片的主要制造阶段。

CPET标本的水浸：将试样放置在50°C的水调节罐中，以便在测试计划期间加速复合材料的老化。除了试样外，还将两组25×25毫米和厚度为1毫米或2毫米的旅行者试样浸入水箱中，

在称重之前，用不起毛的布仔细擦拭旅行者标本，并使其冷却至环境温度，这是23°C和50%相对湿度的受控环境。两组旅行者标本在400天内的质量变化，与 1 mm 试样相比，较薄的 2 mm 试样的吸水速度要快得多。

到第1天，0 mm标本的平均质量变化为7.11%，其中第0天的最大平均质量变化为718.400%，而2 mm标本最早直到第55天才达到这一速率。在第2天和第54天之间没有记录273毫米标本的质量变化，此时质量的平均变化为0.708%。

静态测试程序:静态测试程序按照ASTM D3039 / D3039M-17进行，这是聚合物基复合材料拉伸性能的标准测试方法，也符合相关的ISO标准；分别浸入50°C的水调节罐中约60天和183天，以研究水浸泡对复合材料的任何影响,用于机械测试程序的试样选择。

在90°C的水中调节9天后，在试样的10°拉伸测试中观察到的还原较少，其中观察到拉伸强度和拉伸模量分别降低了约183%和50%，这种减少将需要纳入海洋复合材料结构的设计中。然而，在试样的面内剪切试验中观察到的影响很小，在1 °C的水中调节6天，剪切强度变化不显著，剪切模量降低50%。其次切割厚截面层压板，以检查通过复合材料层压板深度的横截面，本练习中正在探索的主要方面是厚截面复合材料结构内的层固结和空隙。可以看出有极好的固结，没有可见的空隙。

然后刀片根连接系统；为了将厚截面复合叶片根部连接到转子轮毂，已经开发出一种高效的根部连接系统，该系统使用具有高接触表面积的钢嵌件

。将用于全尺寸潮汐涡轮机叶片的根部插件。其中还显示了用于测试的 \（{\raise0.5ex\hbox{\scriptstyle 3}\kern-0.1em/\kern-0.15em\lower0.25ex\hbox{\scriptstyle 8}}\） 刻度插入。根嵌件的横截面，显示了其几何形状以及作用在根嵌件-树脂界面上的剪切力和拉伸力，从而实现了高接触表面积。

在最终组装之前使用一次性制造工艺，这在Sect中进行了描述。对潮汐涡轮叶片的子结构部件进行预成型和“B级”。潮汐涡轮机叶片分为三个主要的预制件。这些是上部和下部预制件，每个预制件都包括根部堆积、翼梁帽和蒙皮层，以及剪切腹板预制件。

与传统的玻璃纤维环氧树脂制造不同，在传统的玻璃纤维环氧树脂制造中，必须控制固化过程中树脂的放热，以避免损坏零件或潜在的健康和安全危害，在CPET的一次性制造过程中没有明显的放热，这已在Sect中讨论过。

将叶片连接到涡轮轮毂的钢根嵌件周围的复杂层，这涉及使用CPET材料中的浮雕切口将其安装在钢根嵌件周围，并将单独的UD CPET材料放置在钢根嵌件的末端内。这将导致粉末环氧树脂在固化时与钢根嵌件粘合，从而允许该粘结中的摩擦应力在涡轮机运行期间将钢根嵌件保持在适当的位置。

对于将在运行中使用的潮汐涡轮机叶片，将执行该过程的另一个步骤，用与水密度相似的材料填充叶片中的空腔，并在叶片上涂上表面光洁度以帮助防止运行过程中进水。然而，这种潮汐涡轮机叶片的下一阶段开发将是全面的结构测试，其中应变和位移传感器将安装在叶片基材上。因此，没有对刀片进行表面光洁度或空腔填充。

最终潮汐涡轮机叶片组件；一旦制造了潮汐涡轮机叶片的三个子部件，下一制造阶段就是最终组装。在此阶段，三个子组件在185°C的真空下组装和固化。 制造的最后阶段所需的步骤详细描述如下：1.在顶壳和底壳两半的剪腹板中形成了一个通道。该通道由双轴玻璃纤维层组成，既用于定位用于装配的剪切腹板，也用于将剪切腹板连接到成品组件中的每个壳体一半。

移除临时工具，将剪腹板定位到底壳半部分19b.重叠层放置在底壳半部分的前缘和后缘，这些层用于在最终组件中将两个壳体半部分连接在一起，并加强每个壳体半部分之间的粘合线。然后将上壳半部放下放置在底壳半部和剪切腹板上，完成组装。放置了顶壳一半的工具。然后，按照Sect中所述对组件进行真空袋装袋。公元19年真空袋施加的压力巩固了固化过程中的三个预成型以及重叠层。

将组件移至烤箱并在真空下完全固化。完全固化在185°C下进行，步骤在55°C和120°C下进行。固化后，将组件从烤箱中取出并脱模。

对于将在运行中使用的潮汐涡轮机叶片，将执行该过程的另一个步骤，用与水密度相似的材料填充叶片中的空腔，并在叶片上涂上表面光洁度以帮助防止运行过程中进水。然而，这种潮汐涡轮机叶片的下一阶段开发将是全面的结构测试，其中应变和位移传感器将安装在叶片基材上。因此，没有对刀片进行表面光洁度或空腔填充。

在运行过程中施加在刀片上的高负载需要坚固的根部连接系统——因此，本研究设计、制造和安装在刀片中具有高接触表面积的钢嵌件。对钢嵌件进行了机械测试，以确保它们能够承受预期的载荷。然而，对该系统的进一步机械研究以及调节的复合材料，类似于在Sect中进行的研究。

在运行过程中会产生更多关于其性能的信息。据观察，在制造过程中安装这些钢嵌件需要更多的时间，但这部分是由于不需要在固化后安装根连接系统来抵消的，该系统提供了高度强大的连接。

使用CPET复合材料的优点之一是可以采用固化方法代替粘合剂粘合接头。通过搭接剪切试样试验探索了其有效性，其中固化的粘合接头将接头的强度平均提高了61%。这项研究对这种方法有很大的信心，并显示了在制造方面使用比传统技术更有效的方法的可行性。

因此，如Sect所述，该技术沿潮汐涡轮机叶片的前缘和后缘使用，但有一些方面需要进一步开发和研究，以及从研究中吸取的经验教训，但这些技术的全面应用已成功应用于大型潮汐涡轮机叶片。开发了一系列用于生产1 MW潮汐涡轮机转子叶片的先进制造技术，包括用于根盖和翼梁帽的厚截面层压板制造以及高效的根部连接系统。此外，还探讨了饱和条件对复合材料粘结接头性能和强度的影响。还介绍了一个 8 m 潮汐涡轮叶片的大型案例研究，其中克服了与根部和翼梁帽的厚复合材料部分相关的挑战，短长度几何形状的快速变化，风力叶片的情况并非如此，以及材料在海洋环境中所需的耐用性。

结果表明，CPET是一种适用于在恶劣海洋环境中运行的部件的材料，例如风能和潮汐能以及船只。本研究中描述的制造工艺将显著推进潮汐涡轮机叶片的制造，同时提高其运行可靠性。

为了证明这些新技术，潮汐涡轮机叶片将经过严格的测试计划。最初，机械静态、动态和疲劳载荷将应用于叶片，然后进行在役海上试航。在结构测试期间，将进行加速疲劳测试计划，对叶片施加与20多年运行相同的负载。

因此，展示材料、制造工艺、叶片设计和叶片本身在其设计寿命内的性能。预计本研究中开发的制造技术将减少生产潮汐涡轮机叶片的劳动力需求。对于小批量生产，初始模具成本很高。然而，对于批量生产，劳动力是最重要的成本，使用这些技术将在生产过程中降低成本约20%。

因此，这项研究的主要影响将是降低潮汐能的平准化成本，并通过确保潮汐涡轮机叶片有最好的机会在部署的恶劣环境中生存，将潮汐涡轮机叶片的设计寿命延长至 20 年以上。叶片的使用寿命及其在整个设计寿命期间承受高机械载荷的能力将显著降低维护成本并允许不间断的能源产生，从而有助于降低潮汐能的平准化成本。