風(fēng)機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)優(yōu)先設(shè)計(jì)方法

　　在完成以上形狀設(shè)計(jì)的前提下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾乎是一樣的。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮的一些設(shè)計(jì)難點(diǎn)已經(jīng)在形狀設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中有所體現(xiàn)，因而減輕甚至避免了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的瓶頸問(wèn)題。

　　4 結(jié)構(gòu)優(yōu)良葉型
　　結(jié)構(gòu)優(yōu)先的設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵在于“結(jié)構(gòu)優(yōu)良葉型”的提出。在以往的工程實(shí)踐中，針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而提出的葉型特征作為工程經(jīng)驗(yàn)在多處出現(xiàn)，盡管沒(méi)有以“結(jié)構(gòu)優(yōu)良葉型”的提法提出。如：
　　“對(duì)于有葉尖剎車裝置的葉片設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，NREL 厚葉片系列可以提供足夠的剛性”[6]
　　“對(duì)于失速控制風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，葉根處的大扭角有利于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)”[7]
　　需要強(qiáng)調(diào)的是，在結(jié)構(gòu)優(yōu)先的設(shè)計(jì)方法中，“結(jié)構(gòu)優(yōu)良葉型”具有以下標(biāo)志性的特點(diǎn)：
　　§在葉片形狀設(shè)計(jì)工作之前提出；
　　§由結(jié)構(gòu)工程師提出，為葉型設(shè)計(jì)服務(wù)；
　　§特征都是與葉型相關(guān)的，并且用葉型相關(guān)的參數(shù)（包括Airfoil Family，Chord，Thickness，Twist）進(jìn)行描述；
　　§ 提取原則是從那些將給予結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)約束以最大的貢獻(xiàn)，或者最容易在傳統(tǒng)的葉片設(shè)計(jì)過(guò)程中成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)瓶頸的條件之中選取。
　　§該“結(jié)構(gòu)優(yōu)良葉型”是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)的載體，因而使用時(shí)需要明確該經(jīng)驗(yàn)發(fā)生作用的前提條件。
　　5 更進(jìn)一步：約束表達(dá)式化為目標(biāo)函數(shù)
　　結(jié)構(gòu)優(yōu)先的設(shè)計(jì)方法的目標(biāo)是，既要發(fā)揮單獨(dú)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和形狀設(shè)計(jì)帶來(lái)的計(jì)算簡(jiǎn)化的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又要獲得接近全局尋優(yōu)的設(shè)計(jì)方法的全局最優(yōu)的優(yōu)化結(jié)果。下面我們運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)的分析手段對(duì)優(yōu)化過(guò)程進(jìn)行分析：
　　傳統(tǒng)的葉片設(shè)計(jì)方法中葉片形狀設(shè)計(jì)部分是以葉型為變量，以獲得AEP的最大值為目標(biāo)的 其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程則是在上式優(yōu)化所得的最優(yōu)的葉片形狀參數(shù)的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)為變量，獲得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分的優(yōu)化目標(biāo)。雖然葉片形狀獲得了最優(yōu)的結(jié)果，但結(jié)構(gòu)并不是最優(yōu)的，甚至有時(shí)候連局部最優(yōu)的結(jié)構(gòu)都無(wú)法找到，因而導(dǎo)致較差的結(jié)構(gòu)和昂貴的材料。
　　而對(duì)于結(jié)構(gòu)優(yōu)先的設(shè)計(jì)方法，我們分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)影響到葉片形狀設(shè)計(jì)的那些因素，并將他們提取出來(lái)，我們可以把這些因素抽象歸納為以下約束的集合：
　　將這些因素考慮進(jìn)葉片形狀設(shè)計(jì)過(guò)程中，則葉片形狀設(shè)計(jì)問(wèn)題為：