4 結構優良葉型
結構優先的設計方法的關鍵在于“結構優良葉型”的提出。在以往的工程實踐中，針對結構設計而提出的葉型特征作為工程經驗在多處出現，盡管沒有以“結構優良葉型”的提法提出。如：
“對于有葉尖剎車裝置的葉片設計來說，NREL 厚葉片系列可以提供足夠的剛性”[6]
“對于失速控制風機來說，葉根處的大扭角有利于風機設計”[7]
需要強調的是，在結構優先的設計方法中，“結構優良葉型”具有以下標志性的特點：
l 在葉片形狀設計工作之前提出；
l 由結構工程師提出，為葉型設計服務；
l 特征都是與葉型相關的，并且用葉型相關的參數（包括Airfoil Family，Chord，Thickness，Twist）進行描述；
l 提取原則是從那些將給予結構設計約束以大的貢獻，或者容易在傳統的葉片設計過程中成為結構設計瓶頸的條件之中選取。
l 該“結構優良葉型”是結構設計的經驗的載體，因而使用時需要明確該經驗發生作用的前提條件。
5 更進一步：約束表達式化為目標函數
結構優先的設計方法的目標是，既要發揮單獨進行結構設計和形狀設計帶來的計算簡化的優勢，同時又要獲得接近全局尋優的設計方法的全局優的優化結果。下面我們運用運籌學的分析手段對優化過程進行分析：
傳統的葉片設計方法中葉片形狀設計部分是以葉型為變量，以獲得AEP的大值為目標的.                                       其結構設計的過程則是在上式優化所得的優的葉片形狀參數的基礎上，以結構為變量，獲得結構設計部分的優化目標。雖然葉片形狀獲得了優的結果，但結構并不是優的，甚至有時候連局部優的結構都無法找到，因而導致較差的結構和昂貴的材料。
而對于結構優先的設計方法，我們分析結構設計中會影響到葉片形狀設計的那些因素，并將他們提取出來，我們可以把這些因素抽象歸納為以下約束的集合：
將這些因素考慮進葉片形狀設計過程中，則葉片形狀設計問題為：
通過引入運籌學的罰函數[8]的方法，將以上約束變換為目標函數.
其中 為罰函數， 為罰函數的線性系數， 取值的大小根據約束集的強度而定，如果該約束為影響葉片生存的約束，則 可以取較大的正數，以保證該約束不被破壞；如果該約束是折衷類的約束，則 的大小可以需要根據該約束對優化效果的影響而定。當我們確定了約束集，并設定了罰函數后，加入結構考慮的葉片形狀設計相比于傳統的葉片形狀設計來說問題的形式幾乎沒有變化。然而當我們按照這個方法完成了葉片形狀設計后，結構設計將變得輕松，因為耦合葉型部分的結構設計約束都已加入，結構設計的難度已經被大大的降低了。同時，由于考慮兩者的耦合，所得到的終結果也將大大優于原有方法。
6  演化的算法實現
由以上分析可以看出：罰函數系數的取值和約束集的選取是本設計過程關鍵的問題所在。當罰函數系數為0時，則本算法退化為傳統設計過程；當約束集取大，罰函數系數取值和結構約束的形式接近COE函數的描述能力時，即結構設計可以在形狀設計前給出所有為了方便結構設計而需要的形狀設計的要求時，獲得的結果與全局尋優的設計方法一致，是設計的全局優；而在這兩者之間的過渡值、大小一定的罰函數系數、主要的約束集，則恰恰是尋找計算量與優化效果平衡點的關鍵。
在系統實現方面，結構優先的設計方法可以作為由傳統設計過程向全局尋優的設計方法的過渡算法。由于此設計過程與傳統設計過程非常類似，可以通過對現有的軟件系統進行修改得以實現。此方法相對于傳統方法大的改變是在葉片形狀設計之前提供了一些對系統的約束，并將有約束的優化問題轉化為無約束的有罰函數的優化目標函數的優化問題，所以如果想要在葉片設計軟件中實現此方法，只需要改變傳統的葉片形狀設計的目標函數，而無需改變葉片形狀設計的內部運算過程。
將全局尋優的設計方法采用模擬退火算法進行全局的尋優，并將以上罰函數系數作為模擬退火的溫度函數；或者將全局尋優的設計方法采用禁忌搜索算法，將以上約束集作為禁忌搜索的初設條件等等類似的思路都為結構優先的設計方法在計算能力獲得提高之后向真正意義的全局尋優的設計方法過渡提供了可行的方案。本文對此不再做過多討論。
7 結論
結構優先的設計方法的主要優點是：
1)避免了傳統的葉片設計過程在葉片的設計前期較早的誤入一個遠離全局優的局部的缺點；
2)避免了同時進行葉片形狀設計和葉片結構設計的計算的復雜度；
3)通過明確“結構優良葉型”的概念，使形狀設計人員能夠在不陷入結構力學知識細節的前提下，明確結構設計人員的設計要求，明確的分工和交流方式使該方法在工程實踐中具有更好的可操作性；
4)“結構優良葉型”的規則，作為設計經驗傳承的載體，有利于設計團隊的建設和經驗積累；
5) 可以通過葉片形狀設計的目標函數的變化，在現有的葉片設計軟件基礎上做簡單改進即可實現；
6) 通過修改葉片形狀設計的目標函數，可以靈活的為不同設計提供支持；
存在的問題是：
1) 需要對結構設計有更深入的理解，因而一定程度上延長了設計周期；
2) 經驗本身的前提和可推廣性容易被設計者忽略或誤用；
3) 結構設計針對對葉型設計的要求中，數學表達式的尋求以及罰函數系數的設定有一定的技巧。