東北大學：智能化設(shè)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(lǐng)域取得了重大突破。

　　他們開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“航空發(fā)動機鑄鍛件數(shù)字化設(shè)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(qū)動和并行設(shè)計，大大提高了發(fā)動機葉片設(shè)計的效率。

　　據(jù)了解，此項研究成果近期已成功應(yīng)用于“太行”“昆侖”“大運”以及預研機等葉片的工藝設(shè)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(nèi)葉片智能化設(shè)計的先河，起到了信息化建設(shè)的引領(lǐng)作用。經(jīng)鑒定，這項智能化設(shè)計的新技術(shù)達到了國內(nèi)領(lǐng)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(shè)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(chǎn)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(zhì)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(chǎn)關(guān)鍵。目前，國外大部分鍛造企業(yè)已經(jīng)將計算機輔助設(shè)計制造技術(shù)應(yīng)用于實際生產(chǎn)，國內(nèi)部分企業(yè)也已經(jīng)開始了鍛造過程的計算機輔助制造設(shè)計以及成形模擬軟件的應(yīng)用開發(fā)，但是葉片鍛件的設(shè)計、生產(chǎn)仍處于初級階段，特別是葉片模鍛工藝的設(shè)計仍然依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗和大量煩瑣的計算來完成，需要很長的設(shè)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(yīng)能力。

　　為了改變傳統(tǒng)的模鍛葉片及模具的設(shè)計方法，提升模具設(shè)計質(zhì)量，提高葉片使用性能，加快型號研制和生產(chǎn)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(shè)計平臺開發(fā)進行研究。目前已形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的航空發(fā)動機模鍛葉片計算機輔助智能設(shè)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(shè)計，顯著提高了葉片設(shè)計效率和模具的設(shè)計精度，設(shè)計時間由原來的兩至三個月縮短為兩周，為批產(chǎn)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(shù)綜合應(yīng)用于模鍛葉片設(shè)計中，成功完成了葉片鍛造程序化、模塊化、智能化設(shè)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(shè)計和輸出，設(shè)計人員還可以根據(jù)設(shè)計需要，在設(shè)計過程中對工藝路線進行修改，使產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)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(shè)計制造質(zhì)量，團隊基于現(xiàn)代最優(yōu)化設(shè)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(shè)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(shè)計制造質(zhì)量。

　　此外，團隊還以葉片模鍛工藝過程為基礎(chǔ)，基于虛擬裝配技術(shù)，完成了零件、鍛件及模具的協(xié)同設(shè)計，并對模鍛工藝葉片的型面進一步優(yōu)化，使模具設(shè)計質(zhì)量好，避免重復修模，實現(xiàn)了設(shè)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(chǔ)。經(jīng)鑒定，項目成果技術(shù)水平達到了國內(nèi)領(lǐng)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(shè)計的自主創(chuàng)新。

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