東北大學：智能化設計激活中國航空新引擎

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航空發動機為飛機提供動力，是飛機的心臟。葉片則是“心臟”中一種特殊的零件，發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。

發動機葉片的數量多、形狀復雜、質量要求高、加工難度大，而且是故障多發的零件，一直以來都是發動機的生產關鍵。

目前，國外大部分鍛造企業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，但是在葉片鍛件的設計、生產領域仍處于初級階段，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研制所需的快速反應能力。

為了改變傳統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 年開始對航空發動機模鍛葉片計算機輔助智能設計平臺開發進行研究，期間得到了沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司的大力支持。目前已形成了具有自主知識產權的航空發動機模鍛葉片計算機輔助智能設計平臺，實現了葉片零件、鍛件、毛坯、模具等的三維數字化、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2—3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，項目組開創性地將專家系統、參數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，實現了模型集成及數據共享。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設計需要，在設計過程中對工藝路線進行修改，使產業化生產效率得到了大幅提高。

葉片在鍛造的過程中會出現邊緣裂紋等問題，為了改善葉片設計制造質量，團隊基于現代最優化設計方法及數值分析理論，建立了葉身零件、鍛件及 工裝型面設計數學模型。所開發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、葉片材料之間的數值聯系，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、鍛件及模具的協同設計，并對模鍛工藝葉片的型面進一步優化，使模具設計質量好，避免重復修模，實現了設計與制造部門的無縫鏈接，為航空發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，實現了航空發動機模鍛葉片計算機輔助設計的自主創新。開創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。

目前，項目成果已經成功應用于“太行”“昆侖”“大運”以及預研機等葉片的工藝設計過程中，大幅度提升了模鍛葉片工藝設計效率，間接經濟效益可觀。平臺的應用不僅節約了大量的人力資源，而且極大地縮短了產品的研發周期，滿足了新機快速研制的需要，扭轉了傳統葉片設計效率低下的被動局面，提高快速反應能力，為我國裝備現代化作出有力的貢獻。