风机叶片的结构优先设计方法

　　在完成以上形状设计的前提下，结构设计的步骤与传统的结构设计几乎是一样的。由于结构设计要考虑的一些设计难点已经在形状设计优化的过程中有所体现，因而减轻甚至避免了结构设计的瓶颈问题。

　　4 结构优良叶型
　　结构优先的设计方法的关键在于“结构优良叶型”的提出。在以往的工程实践中，针对结构设计而提出的叶型特征作为工程经验在多处出现，尽管没有以“结构优良叶型”的提法提出。如：
　　“对于有叶尖刹车装置的叶片设计来说，NREL 厚叶片系列可以提供足够的刚性”[6]
　　“对于失速控制风机来说，叶根处的大扭角有利于风机设计”[7]
　　需要强调的是，在结构优先的设计方法中，“结构优良叶型”具有以下标志性的特点：
　　§在叶片形状设计工作之前提出；
　　§由结构工程师提出，为叶型设计服务；
　　§特征都是与叶型相关的，并且用叶型相关的参数（包括Airfoil Family，Chord，Thickness，Twist）进行描述；
　　§ 提取原则是从那些将给予结构设计约束以最大的贡献，或者最容易在传统的叶片设计过程中成为结构设计瓶颈的条件之中选取。
　　§该“结构优良叶型”是结构设计的经验的载体，因而使用时需要明确该经验发生作用的前提条件。
　　5 更进一步：约束表达式化为目标函数
　　结构优先的设计方法的目标是，既要发挥单独进行结构设计和形状设计带来的计算简化的优势，同时又要获得接近全局寻优的设计方法的全局最优的优化结果。下面我们运用运筹学的分析手段对优化过程进行分析：
　　传统的叶片设计方法中叶片形状设计部分是以叶型为变量，以获得AEP的最大值为目标的 其结构设计的过程则是在上式优化所得的最优的叶片形状参数的基础上，以结构为变量，获得结构设计部分的优化目标。虽然叶片形状获得了最优的结果，但结构并不是最优的，甚至有时候连局部最优的结构都无法找到，因而导致较差的结构和昂贵的材料。
　　而对于结构优先的设计方法，我们分析结构设计中会影响到叶片形状设计的那些因素，并将他们提取出来，我们可以把这些因素抽象归纳为以下约束的集合：
　　将这些因素考虑进叶片形状设计过程中，则叶片形状设计问题为：