航空发动机数字孪生工程:内涵与关键技术
陶飞1,2,3,4,孙清超5,孙惠斌6,穆晓凯5,张贺1,4,宋鲁凯1, 朱剑琴7,陶智 7 (1.北京航空航天大学国际前沿交叉科学研究院数字孪生国际研究中心;2.北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院;3.北京航空航天大学虚拟现实技术与系统全国重点实验室;4.天目山实验室;5.大连理工大学机械工程学院;6.西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室;7.北京航空航天大学能源与动力工程学院)
摘要:航空发动机是集精密工艺与尖端科技于一体,需兼顾高性能、高效率、高可靠、长寿命等多元目标,且依赖设计、制造、试验、运维多方主体紧密合作的国之重器,承载着强国梦想和强军使命。航空发动机数字孪生工程通过充分利用数据、模型、服务等虚拟资产的潜在价值,融合仿真、预测、优化等多种数智化手段,基于全生命周期系统工程的创新模式、多学科协同的高效平台和多要素耦合分析的全局视角,全面提升航空发动机设计、制造、试验、运维能力,能够为航空发动机全产业链加速发展提供新动力。本文从研发、变革、创新3 个角度分析了航空发动机数字化发展趋势,从全生命周期的视角分析提出了航空发动机数字工程的6个阶段的18个需求趋势与挑战;通过分析数字孪生在航空发动机全生命周期中的研用现状,指出航空发动机在理论体系、组织协作、软件平台、标准规范方面的不足;以作者团队前期提出的数字孪生五维模型、数字工程“数智眼”体系架构、数字试验测试验证体系架构为基础理论,进一步提出了航空发动机数字孪生工程的内涵和体系架构,研究了航空发动机数字孪生工程关键技术体系;从思想、技术、模式、产业等角度对发动机数字孪生工程发展提出了若干建议。期望相关工作为航空发动机数字孪生工程数力和智力的开发利用,以及航空发动机设计、制造、试验测试验证、交付、运维、回收全生命周期能力的全面提升提供参考,助力航空发动机数字化、智能化研制水平和服务能力的跨越式发展。
关键词:航空发动机;数字孪生;数字孪生工程;全生命周期;体系架构
目录介绍
1 航空发动机数字工程发展趋势与需求
1. 1 航空发动机未来发展趋势与需求
1. 2 航空发动机生命周期数字工程18个需求
2 数字孪生在航空发动机生命周期中的研用现状
2. 1 基于数字孪生的航空发动机设计
2. 2 基于数字孪生的航空发动机制造
2. 3 基于数字孪生的航空发动机试验测试验证
2. 4 基于数字孪生的航空发动机运维
2. 5 航空发动机数字孪生研究现状小结
3 航空发动机数字孪生工程概念与关键技术
3. 1 航空发动机数字孪生工程概念与体系架构
1) 航空发动机生命周期工程:“设计-制造-试验测试验证-交付-运维-回收”
2) 航空发动机数字孪生模型工程:“建-组-融-验-校-管”
3) 航空发动机孪生数据工程:“ 采-传-处-融-用”
4) 航空发动机软件与应用服务工程:“设计-开发-维护-集成-调用”
5) 航空发动机数实迭代交互融合工程:“感知-通信-映射-交互-融合”
3. 2 航空发动机数字孪生工程关键技术
3. 2. 1 航空发动机数字孪生模型构建与验证技术
1) 航空发动机数字孪生模型构建、组装与融合技术
2) 航空发动机数字孪生模型全面验证与动态校正技术
3) 航空发动机数字孪生模型智慧管理技术
3. 2. 2 航空发动机多源异构孪生数据空间构建与融合分析处理技术
1) 多源异构数据全面感知技术
2) 海量孪生数据高速传输与处理技术
3) 孪生数据深度融合与分析挖掘技术
3. 2. 3 基于数字孪生的航空发动机正向设计
1) 设计方案高效验证与快速定型技术
2) 多部件一体化全局设计技术
3) 多学科协同设计优化技术
3. 2. 4 孪生数据与机理模型融合驱动的航空发动机高性能制造技术
1) 面向高性能制造的产品性能数字孪生模型构建技术
2) 航空发动机制造过程的孪生数据建模技术
3) 孪生数据与机理驱动的发动机性能预测与制造工艺调控技术
4) 信息物理融合的人机协同加工/装配技术
3. 2. 5 航空发动机数字试验测试验证技术
1) D-ETV 模型快速构建与重构技术
2) 多域异构数据实时同步传输技术
3) 多层级数模融合技术
4) 大模型与智能分析决策技术
5) D-ETV通用基础库构建技术
3. 2. 6 数模融合的航空发动机智能运维技术
1) 数模融合驱动的航空发动机健康状态监测与故障诊断技术
2) 数模融合驱动的航空发动机健康状态精准预测与评估技术
3) 数模融合驱动的航空发动机智能维保决策与优化技术
4 航空发动机数字孪生工程若干思考
1) 活用数字化、系统化思想实践航空发动机数字孪生工程
2) 重视全生命周期数据和模型的积累、集成与融合应用
3) 强化多学科、多领域交叉融合与协同
4) 拥抱 New IT技术助力航空发动机设计-制造-试验-运维能力提升
5) 建立完善航空发动机数字孪生工程标准体系
6) 推动航空发动机数字孪生工程资源优化整合及产业发展
5 结束语
©软件著作权归作者所有。本站所有文件均来源于网络,仅供学习使用,请支持正版!
转载请注明出处!
发表评论 取消回复