东北大学：智能化设计提升航空发动机

航空发动机代表了一个国家制造业的发展水平。近日，中国青年报、中国青年在线记者获悉，东北大学孔祥伟团队与沈阳黎明发动机有限公司合作，在航空发动机领域取得重大突破

他们开发的具有自主知识产权的“航空发动机铸锻件数字化设计平台”获得多项专利，最近获得辽宁省科技进步三等奖。在该软件平台上，实现了参数驱动和并行设计，大大提高了发动机叶片设计的效率。

据了解，该研究成果已成功应用于“太行”、“昆仑”、“大云”等叶片的工艺设计和预研机械，为我国装备现代化做出了贡献。该研究成果也开创了中国智能叶片设计的先河，在信息化建设中发挥了主导作用。经过鉴定，这一新型智能设计技术达到了国内领先和国际先进水平，实现了航空发动机模锻叶片计算机辅助设计的自主创新。

航空发动机是飞机的心脏。刀刃是“心脏”的一个特殊部分。发动机依靠许多叶片来压缩和膨胀气体，并以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进。

发动机叶片数量多、形状复杂、质量要求高、加工难度大，是故障多发零件，一直是发动机生产的关键。目前，国外大多数锻造企业已经将计算机辅助设计和制造技术应用到实际生产中，国内一些企业也开始应用和开发锻造工艺计算机辅助制造设计和成形仿真软件。然而，叶片锻件的设计和生产仍处于初级阶段，特别是叶片模锻工艺的设计仍依赖于技术人员的经验和大量复杂的计算，需要较长的设计和模具制造周期，严重制约了公司航空发展所需的快速反应能力。

为了改变传统的模锻叶片和模具设计方法，提高模具设计质量，提高叶片的使用性能，加快模型开发和生产效率，东北大学孔祥伟教授领导的团队于2003年开始研究开发航空发动机模锻叶片计算机辅助智能设计平台。目前，已形成具有自主知识产权的航空发动机模锻叶片计算机辅助智能设计平台，实现了叶片零件、锻件、毛坯、模具等的三维数字化、高精度、快速设计。它显著提高了叶片设计效率和模具设计精度。设计时间从原来的两到三个月缩短到两周，为批量生产赢得了宝贵的时间。

针对叶片锻造工艺流程长、耗时长、资源消耗大的问题，项目组创造性地将专家系统、参数化建模、克隆等技术应用于模具锻造叶片设计，成功完成叶片锻造的程序化、模块化和智能化设计，实现了模型集成和数据共享。可以快速设计和输出叶片零件图、锻件图、毛坯图和模具图等工艺文件。设计人员还可以根据设计要求在设计过程中修改工艺路线，从而大大提高工业生产效率。

为了提高叶片设计和制造的质量，该团队基于现代优化设计方法和数值分析理论，建立了叶片本体零件、锻件和工装轮廓设计的数学模型。所开发的模锻叶片零件三维建模模块有效节省了重复建模工作，解决了回弹与工艺条件、叶片形状和尺寸、叶片材料之间的数值关系，提高了制造效率和精度，同时保证了叶片本体和模具的光滑度，显著降低了模具的修复率，从根本上提高了叶片的设计和制造质量。

此外，该团队还基于叶片模锻工艺和虚拟装配技术，完成了零件、锻件和模具的协同设计，进一步优化了模锻工艺中叶片的模具表面，保证了模具的良好设计质量，避免了模具的重复修复，实现了设计和制造部门的无缝衔接，为航空发动机的无纸化制造奠定了基础。经鉴定，项目成果技术水平达到国内领先和国际先进水平，实现了航空发动机锻造叶片计算机辅助设计的自主创新。

据介绍，该平台的应用不仅节省了大量人力，而且大大缩短了产品研发周期，满足了新机型快速开发的需求，扭转了传统叶片设计效率低下的被动局面。