風電葉片設計可分為氣動設計和結構設計這兩個大的階段，其中氣動設計要求知足前兩條款標，結構設計要求知足后四條款標。通常這兩個階段不是自力進行的，而是一個迭代的過程，葉片厚度必須充足以保證能夠容納腹板，進步葉片剛度。
1形狀設計
葉片氣動設計重要是形狀優化設計，這是葉片設計中至關緊張的一步。形狀優化設計中葉片翼型設計的優劣直接決定風機的發電服從，在風機運轉條件下，流動的雷諾數比較低，葉片通常在低速、高升力系數狀況下運行，葉片之間流動干擾造成流動特別很是復雜。針對葉片形狀的復雜流動狀況以及葉片由葉型在不同方位的分布構成，葉片葉型的設計變得特別很是緊張。
目前葉片葉型的設計技術通常采用航空上先輩的飛機機翼翼型設計方法設計葉片葉型的外形。先輩的CFD技術已廣泛應用于不同類型氣動形狀的設計，對于低雷諾數、高升力系數狀況下風機運行條件，采用考慮粘性的N-S控制方程分析葉片葉型的流場是特別很是需要的。
在曩昔的10多年中，水平軸風電葉片翼型通常選擇NACA系列的航空翼型，比如NACA44XX，NA-CA23XX，NACA63XX及NASALS(1)等。這些翼型對前緣粗糙度特別很是敏感，一旦前緣因為污染變得粗糙，會導致翼型性能大幅度降落，年輸出功率損失最高達30%。在熟悉到航空翼型不太適合于風電葉片后，80年代中期后，風電發達國家開始對葉片專用翼型進行研究，并成功開發出風電葉片專用翼型系列，比如美國Seri和NREL系列、丹麥RISO-A系列、瑞典FFA-W系列和荷蘭DU系列。
這些翼型各有上風，Seri系列對翼型外觀粗糙度敏感性低;RISO-A系列在接近失速時具有優秀的失速性能且對前緣粗糙度敏感性低;FFA-W系列具有優秀的后失速性能。丹麥LM公司已在大型風機葉片上采用瑞典FFA-W翼型，風機專用翼型將會在風電葉片設計中廣泛應用。表1為對NREL翼型系列性能進步的估算。表1NREL翼型系列性能進步的估算
目前葉片形狀的設計理論有好幾種，都是在機翼氣動理論基礎上發展起來的。第一種形狀設計理論是按照貝茨理論得到的簡化設計方法，該方法是假設風力機是按照貝茨公式的最佳條件運行的，完全沒有考慮渦流損失等，設計出來的風輪服從不超過40%。
后來一些聞名的氣動學家相繼建立了各自的葉片氣動理論。Schmitz理論考慮了葉片周向渦流損失，設計效果相對正確一些。Glauert理論考慮了風輪后渦流流動，但忽略了葉片翼型阻力和葉稍損失的影響，對葉片形狀影響較小,對風輪服從影響卻較大。Wilson在Glauert理論基礎上作了改動，研究了葉稍損失和升阻比對葉片最佳性能的影響，并且研究了風輪在非設計工況下的性能，是目前最常用的設計理論。
2結構設計
目前大型風電葉片的結構都為蒙皮主梁情勢，如圖1所示為典型的葉片構造情勢。蒙皮重要由雙軸復合材料層加強，提供氣動形狀并承擔大部分剪切載荷。后緣空腔較寬，采用夾芯結構，進步其抗失穩能力，這與夾芯結構大量在汽車上應用類似。主梁重要為單向復合材料層加強，是葉片的重要承載結構。腹板為夾芯結構，對主梁起到支持作用。圖1典型葉片剖面構造情勢
結構鋪層校核對葉片結構設計來說也必不可少。前在校核方面，大多用通用商業有限元軟件，比如ANSYS、NASTRAN、ABAQUS等。對葉片進行校核時，考慮單層的極限強度、自振頻率和葉尖撓度，分析模型有殼模型和梁模型等，并且能夠做到這兩種模型的相互轉換，如圖2，3所示。與其他葉片結構相比，目前大型葉片的中空夾芯結構具有很高的抗愚昧失穩能力，較高的自振頻率，如許設計出來的葉片相對較輕。

圖2全葉片殼模型圖3全葉片梁模型
有限元法可用于設計，但更多用于模仿分析而不是設計，設計與模仿必須交叉進行，在每一步設計完成后，必須更新分析模型，重新得到鋪層中的應力和應變數據，再返回設計，更改鋪層方案，再分析應力和變形等，直到知足設計標準為止，如圖4所示。由于復合材料正交各向異性的特別性，葉片各鋪層內的應力并不延續，而應變則相對延續，所以葉片結構校核的失效準則偶然候完全采用應變失效準則。圖4鋪層設計與校核簡要流程
3材料選擇
風電葉片發展初期，因為葉片較小，有木葉片、布蒙皮葉片、鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片、鋁合金葉片等等，隨著葉片向大型化方向發展，復合材料漸漸庖代其他材料幾乎成為大型葉片的唯一可選材料。
復合材料具有其它單一材料無法比擬的上風之一就是其可設計性，通過調整單層的方向，可以獲得該方向上所必要的強度和剛度。更緊張的是可行使材料的各向異性，使結構不同變形情勢之間發生耦合。比如因為彎扭耦合，使得結構在只受到彎矩作用時發生扭轉。
在曩昔，葉片橫截面耦合效應是一個讓設計人員頭疼的難題，設計工程費盡心機消弭耦合征象。但在航空領域人們開始行使復合材料的彎扭耦合，拉剪耦合效應，進步機翼的性能。在葉片上，引人彎扭耦合設計概念，控制葉片的氣彈變形，這就是氣彈剪裁。通過氣彈剪裁，降低葉片的委靡載荷，并優化功率輸出。
玻璃纖維加強塑料(玻璃鋼)是當代風機葉片最普遍采用的復合材料，玻璃鋼以其低廉的價格，精良的性能占有著大型風機葉片材料的統治地位。但隨著葉片漸漸變大，風輪直徑已突破120m，最長的葉片已做到61.5m，葉片自重達18t。這對材料的強度和剛度提出了更加苛刻的要求。全玻璃鋼葉片已無法知足葉片大型化，輕量化的要求。碳纖維或其它高強纖維隨之被應用到葉片局部區域，如NEGMiconNM82.40m長葉片，LM61.5m長葉片都在高應力區使用了碳纖維。因為葉片增大，剛度漸漸變得緊張，已成為新一代MW級葉片設計的關鍵。
碳纖維的使用使風電葉片剛度得到很大進步，自重卻沒有增長。Vestas為V903.OMW機型配套的44m系列葉片主梁上使用了碳纖維，葉片自重只有6t，與V802MW，39m葉片自重一樣。美國和歐洲的研究報告指出，含有碳纖維的承載玻璃纖維層壓板對于MW級葉片是一個特別很是有用的選擇替換品。在E.C.公司資助的研究計劃[10]中指出，直徑為120m風輪葉片部分使用碳纖維可有用削減總體自重達38%，設計成本削減14%。但碳纖維價格昂貴，極大地限定其在風機葉片上的使用。
現今碳纖維產業仍以發展輕質、優秀結構和熱性子佳等附加值大的航空應用材料為主。但很多研究員卻勇敢預言碳纖維的應用將會漸漸增長。風能的成本效益將取決于碳纖維的使用體例，將來若要大量庖代玻璃纖維，必需低價才具有競爭力。