数字工程（9）：航空发动机数字工程

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来源：数字孪生DigitalTwin

引用论文

陶飞, 张辰源, 刘蔚然, 张贺, 马昕, 高鹏飞, 张建康. 数字工程及十个领域应用展望[J/OL]. 机械工程学报, 2023, 59(13): 193-215 [2023-08-09]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2187.TH.2023080 7.1540.026.html.

TAO Fei, ZHANG Chenyuan, LIU Weiran, ZHANG He, MA Xin, GAO Pengfei, ZHANG Jiankang. Digital Engineering and Its Ten Application Outlooks[J/OL]. Journal of Mechanical Engineering, 2023, 59(13): 193-215 [2023-08-09]. http://kns.cnki .net/kcms/detail/11.2187.TH.20230807.1540.026.html.

论文原文网址：

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2187.TH.20230807.1540.026‍.html

数字工程（1）：从何而来

数字工程（2）：1.0到5.0

数字工程（3）：思考与理解

数字工程（4）：需求与挑战

数字工程（5）：概念内涵

数字工程（6）：体系架构

数字工程（7）：技术体系

数字工程（8）：核电厂数字工程

数字工程（9）：航空发动机数字工程

数字工程（10）：卫星互联网数字工程

数字工程（11）：海洋系统与海洋装备数字工程

数字工程（12）：风洞数字工程

数字工程（13）：未来战场数字工程

数字工程（14）：城市数字工程

数字工程（15）：高档数控机床数字工程

数字工程（16）：能源数字工程

数字工程（17）：车辆数字工程

航空发动机是飞机的“心脏”，被誉为“工业皇冠上的明珠”，是由多零部件组成、涉及多学科领域知识和多物理场融合的复杂产品，其研制过程由多个环节构成，由多个主体部门和企业合作完成，航空发动机的研制技术水平充分反映国家的综合实力，我国目前亟需正向研制一次成功的低成本、短周期、高质量、高性能的航空发动机研制能力。然而，当前我国航空发动机研制模式仍存在一体化、系统化、协同化不足的问题，导致航空发动机在正向研制过程中，设计性能难以满足应用需求，子系统性能误差累积导致整机性能与预期不符，生产制造过程产生的工艺误差导致发动机质量难以得到保证，物理试验周期长、成本高，且难以充分利用发动机全生命周期数据辅助和指导研制过程，严重阻碍我国高端航空发动机正向自主研制与优化进程。

依据所提数字工程体系架构，提出航空发动机研制数字工程，航空发动机研制数字工程通过整合设计、测试、制造等全生命周期各阶段数据与模型，促进研制过程中的多学科协同设计、局部整体协同设计、设计制造协同、虚实试验协同互补，以及航空发动机全生命周期中的多主体协同与数据共享，从而实现基于数字工程的航空发动机“五协同”正向闭环研制。

①在设计与验证阶段：通过航空发动机及其零部件涉及的空气动力学、工程热物理、机械、电控、材料等多学科协同设计，综合提升航空发动机设计性能，并减少设计方案的多物理场耦合误差；同时，通过透彻分析上一代发动机全生命周期数据，弥补设计漏洞并优化设计方案；在此基础上，充分考虑航空发动机子系统间的耦合与交互关系，通过航空发动机整机与压气机、燃烧室、涡轮、进气道、尾喷管、冷却系统等组成部分间的局部与整体协同设计，减少整体性能误差。

②在制造与测试阶段：依据局部与整体协同设计方案与生产工艺，结合现有可支配资源所提供的航空发动机零部件制造、装配、调试与测试能力，实现航空发动机零部件、分系统、整机设计与制造过程协同，大幅缩短其研制周期，并降低在生产和装配过程中产生的性能损耗；在整机试验过程中，利用物理试验与虚拟试验协同的形式，在满足全面测试、极限性能测试与通过性测试需求的前提下，减少物理试验次数、周期和成本。

③在全生命周期中，通过设计、制造、组装、测试、运营、维护等单位和部门的多主体协同，充分挖掘和利用航空发动机在全生命周期海量数据中的隐藏价值，指导和优化下一代航空发动机的研制过程。

来源：数字孪生体实验室

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首次发布时间：2023-10-17