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叶片是风机的主要部件之一，高效率的风电机组必然要求高效率的风轮叶片。要获得高效率的叶片，除了设计出优良的叶片外形之外，叶片性能的提高还可以通过气弹剪裁来实现[1]。弹性剪裁可以通过两种途径来实现，①将铺层输入，比如铺层材料，铺层方向作为设计参数[2,5];②将叶片截面刚度弯扭耦合作为设计参数。途径一显然过于复杂，因为叶片铺层最多达到上百层。途径二则在风机叶片设计中得到了广泛应用[6,7]。弯扭耦合是工程中常见的一种变形现象，即结构在产生弯曲的同时还伴随着扭转的发生。过去叶片弯扭耦合效应是工程设计人员很头疼的难题[8]，都设法消除耦合现象。但在航空领域人们开始利用复合材料的弯扭耦合、拉剪耦合效应，以提高机翼的性能。而在叶片结构上，也引入弯扭耦合设计概念，控制叶片的气弹变形，这就是前面所说的气弹剪裁。通过弯扭耦合设计，降低了叶片疲劳载荷，并能优化功率输出[9]。
本文首先建立弯扭耦合设计的控制参数，并从理论上针对不同材料研究控制参数可能的变化范围，同时以一个叶片主梁进行弯扭耦合的试设计。
1 弯扭耦合控制参数
1.1 参数建立
弹性剪裁可以通过控制铺层参数来实现，比如铺层材料、铺层角、铺层顺序。这种方式容易理解，但上百层的铺层使其实际运用起来非常困难，为此，工程设计人员利用叶片截面刚度在弯曲、扭转上的耦合来实现弹性剪裁，并建立了梁截面上耦合控制参数[10,11]：
其中,EI为弯曲刚度；GJ为扭转刚度。
虽然在航空领域弯扭耦合得到了大量应用，但在风机领域的运用还不是非常成熟。参数α与铺层参数的关系至今还没有很好地建立。从数学上分析，α的取值范围在-1到1之间[1]，但其确切取值范围还不清楚。
1.2 弯扭耦合参数研究
1.2.1 弯扭耦合控制
要利用弯扭耦合服务于设计,必须明确方程(1)中的控制参数α是如何影响弯扭耦合程度的。对于叶片来说,叶片被视为根部固支的悬臂梁，主梁为对称结构，其弯扭耦合控制方程如下[12]：
