风机叶片的结构优先设计方法

　　通过引入运筹学的罚函数[8]的方法，将以上约束变换为目标函数.
　　其中 为罚函数， 为罚函数的线性系数， 取值的大小根据约束集的强度而定，如果该约束为影响叶片生存的约束，则 可以取较大的正数，以保证该约束不被破坏；如果该约束是折衷类的约束，则 的大小可以需要根据该约束对优化效果的影响而定。当我们确定了约束集，并设定了罚函数后，加入结构考虑的叶片形状设计相比于传统的叶片形状设计来说问题的形式几乎没有变化。然而当我们按照这个方法完成了叶片形状设计后，结构设计将变得轻松，因为耦合叶型部分的结构设计约束都已加入，结构设计的难度已经被大大的降低了。同时，由于考虑两者的耦合，所得到的最终结果也将大大优于原有方法。
　　6  演化的算法实现
　　由以上分析可以看出：罚函数系数的取值和约束集的选取是本设计过程最关键的问题所在。当罚函数系数为0时，则本算法退化为传统设计过程；当约束集取最大，罚函数系数取值和结构约束的形式接近COE函数的描述能力时，即结构设计可以在形状设计前给出所有为了方便结构设计而需要的形状设计的要求时，获得的结果与全局寻优的设计方法一致，是设计的全局最优；而在这两者之间的过渡值、大小一定的罚函数系数、主要的约束集，则恰恰是寻找计算量与优化效果平衡点的关键。
　　在系统实现方面，结构优先的设计方法可以作为由传统设计过程向全局寻优的设计方法的过渡算法。由于此设计过程与传统设计过程非常类似，可以通过对现有的软件系统进行修改得以实现。此方法相对于传统方法最大的改变是在叶片形状设计之前提供了一些对系统的约束，并将有约束的优化问题转化为无约束的有罚函数的优化目标函数的优化问题，所以如果想要在叶片设计软件中实现此方法，只需要改变传统的叶片形状设计的目标函数，而无需改变叶片形状设计的内部运算过程。
　　将全局寻优的设计方法采用模拟退火算法进行全局的寻优，并将以上罚函数系数作为模拟退火的温度函数；或者将全局寻优的设计方法采用禁忌搜索算法，将以上约束集作为禁忌搜索的初设条件等等类似的思路都为结构优先的设计方法在计算能力获得提高之后向真正意义的全局寻优的设计方法过渡提供了可行的方案。本文对此不再做过多讨论。
　　7 结论
　　结构优先的设计方法的主要优点是：
　　1)避免了传统的叶片设计过程在叶片的设计前期较早的误入一个远离全局最优的局部的缺点；
　　2)避免了同时进行叶片形状设计和叶片结构设计的计算的复杂度；
　　3)通过明确“结构优良叶型”的概念，使形状设计人员能够在不陷入结构力学知识细节的前提下，明确结构设计人员的设计要求，明确的分工和交流方式使该方法在工程实践中具有更好的可操作性；
　　4)“结构优良叶型”的规则，作为设计经验传承的载体，有利于设计团队的建设和经验积累；
　　5) 可以通过叶片形状设计的目标函数的变化，在现有的叶片设计软件基础上做简单改进即可实现；
　　6) 通过修改叶片形状设计的目标函数，可以灵活的为不同设计提供支持；
　　存在的问题是：
　　1) 需要对结构设计有更深入的理解，因而一定程度上延长了设计周期；
　　2) 经验本身的前提和可推广性容易被设计者忽略或误用；
　　3) 结构设计针对对叶型设计的要求中，数学表达式的寻求以及罚函数系数的设定有一定的技巧。