數值仿真助推航空發動機研制模式革新

■ 付強 / 中國航發研究院

先進航空發動機的研制是一項非常復雜的系統工程，基于數值仿真技術在虛擬空間進行設計驗證、虛擬試驗、工藝優化和性能預測，能夠有效縮短研制周期、提高研制效率，推動航空發動機研制模式的革新。

經過多年的理論發展及應用探索，數值仿真技術已經在發動機的全生命周期發揮著重要作用。通過發動機零部件數值仿真可以透視物理細節，實現穩態、過渡態下的性能預測，從而輔助設計和性能分析；通過試驗系統一維和試驗件三維仿真可還原物理試驗難以捕捉的現象，實現試驗方案的優化和試驗結果的補充完善；通過對制造及裝配過程進行數值仿真，可優化工藝參數，減少試制加工次數；通過對實際發動機運行過程進行監測與模擬，可以提前探知發動機的性能變化，實現故障早期預警和壽命預測。此外，圍繞總體性能、氣動、燃燒、強度等專業學科開展的模型的校核與驗證，可以建立面向航空發動機數值仿真的校核與驗證流程規范，進一步提高數值仿真的可信度。

隨著航空發動機的性能要求逐漸逼近其設計極限，對于數值仿真的基礎理論、仿真精度和仿真效率等均提出了更高的要求，數值仿真未來將朝著高保真、多尺度、多學科和多部件仿真方向發展，需要探索出可工程實用的高保真仿真模型、高精度計算方法及與現有高性能計算能力相匹配的高效率并行計算方法，發展多學科耦合/多部件聯合仿真技術，建立數值仿真模型的校核驗證流程規范，加速推動航空發動機的研制向“預測型”模式發展。