東北大學：智能化設計提升航空發(fā)動機

航空發(fā)動機代表一個國家制造業(yè)的發(fā)展水平。近日，記者獲悉，東北大學孔祥偉團隊與沈陽黎明發(fā)動機有限公司合作，在航空發(fā)動機領域取得了重大突破。

　　他們開發(fā)的具有自主知識產權的“航空發(fā)動機鑄鍛件數(shù)字化設計平臺”，獲得了多項專利，近期獲得遼寧省科技進步三等獎。在該軟件平臺，實現(xiàn)了參數(shù)驅動和并行設計，大大提高了發(fā)動機葉片設計的效率。

　　據(jù)了解，此項研究成果近期已成功應用于“太行”“昆侖”“大運”以及預研機等葉片的工藝設計過程中，為我國裝備現(xiàn)代化作出貢獻。這項研究成果也開創(chuàng)了國內葉片智能化設計的先河，起到了信息化建設的引領作用。經鑒定，這項智能化設計的新技術達到了國內領先、國際先進水平，實現(xiàn)了航空發(fā)動機模鍛葉片計算機輔助設計的自主創(chuàng)新。

　　航空發(fā)動機是飛機的心臟。葉片則是“心臟”中一種特殊的零件，發(fā)動機就是依靠眾多的葉片來完成對氣體的壓縮和膨脹，并以最高的效率產生強大的動力來推動飛機前進。

　　發(fā)動機葉片的數(shù)量多、形狀復雜、質量要求高、加工難度大，而且是故障多發(fā)的零件，一直以來都是發(fā)動機的生產關鍵。目前，國外大部分鍛造企業(yè)已經將計算機輔助設計制造技術應用于實際生產，國內部分企業(yè)也已經開始了鍛造過程的計算機輔助制造設計以及成形模擬軟件的應用開發(fā)，但是葉片鍛件的設計、生產仍處于初級階段，特別是葉片模鍛工藝的設計仍然依靠技術人員的經驗和大量煩瑣的計算來完成，需要很長的設計和模具制造周期，嚴重制約著公司航發(fā)研制所需的快速反應能力。

　　為了改變傳統(tǒng)的模鍛葉片及模具的設計方法，提升模具設計質量，提高葉片使用性能，加快型號研制和生產效率，東北大學以孔祥偉教授為首的團隊從2003 年開始對航空發(fā)動機模鍛葉片計算機輔助智能設計平臺開發(fā)進行研究。目前已形成了具有自主知識產權的航空發(fā)動機模鍛葉片計算機輔助智能設計平臺，實現(xiàn)了葉片零件、鍛件、毛坯、模具等的三維數(shù)字化、高精度、快速設計，顯著提高了葉片設計效率和模具的設計精度，設計時間由原來的兩至三個月縮短為兩周，為批產贏得了寶貴的時間。

　　針對葉片鍛造過程中工藝路線、鍛造過程耗時長、資源消耗較大等問題，項目組開創(chuàng)性地將專家系統(tǒng)、參數(shù)化建模及克隆等技術綜合應用于模鍛葉片設計中，成功完成了葉片鍛造程序化、模塊化、智能化設計，實現(xiàn)了模型集成及數(shù)據(jù)共享。葉片零件圖、鍛件圖、毛坯圖、模具圖等工藝文件能夠快速設計和輸出，設計人員還可以根據(jù)設計需要，在設計過程中對工藝路線進行修改，使產業(yè)化生產效率得到了大幅提高。

　　葉片在鍛造的過程中會出現(xiàn)邊緣裂紋等問題，為了改善葉片設計制造質量，團隊基于現(xiàn)代最優(yōu)化設計方法及數(shù)值分析理論，建立了葉身零件、鍛件及工裝型面設計數(shù)學模型。所開發(fā)的模鍛葉片零件三維建模模塊有效省去了重復建模的工作，解決了回彈與工藝條件、葉片形狀尺寸、葉片材料之間的數(shù)值聯(lián)系，提高了制造效率和精度，同時又保證了葉身及模具的光順性，模具的返修率明顯降低，從根本上改善了葉片設計制造質量。

　　此外，團隊還以葉片模鍛工藝過程為基礎，基于虛擬裝配技術，完成了零件、鍛件及模具的協(xié)同設計，并對模鍛工藝葉片的型面進一步優(yōu)化，使模具設計質量好，避免重復修模，實現(xiàn)了設計與制造部門的無縫鏈接，為航空發(fā)動機無紙化制造奠定了基礎。經鑒定，項目成果技術水平達到了國內領先、國際先進水平，實現(xiàn)了航空發(fā)動機模鍛葉片計算機輔助設計的自主創(chuàng)新。

　　據(jù)介紹，該平臺的應用不僅節(jié)約了大量的人力，還大大縮短了產品的研發(fā)周期，滿足了新機快速研制的需要，扭轉了傳統(tǒng)葉片設計效率低下的被動局面。