運用創(chuàng)新方法 拓展創(chuàng)新思維

文/本刊記者 馬小妹

湖南賽區(qū)

中國航發(fā)湖南動力機械研究所

2022年中國創(chuàng)新方法大賽全國總決賽項目展示比賽期間，中國航發(fā)湖南動力機械研究所（以下簡稱“航發(fā)湖南動研所”）作為全國總決賽中唯一一支航空發(fā)動機行業(yè)參賽隊伍，團隊成員與來自各地各行各業(yè)的選手展開激烈比拼，不僅展示了團隊豐富扎實的專業(yè)知識儲備、良好的創(chuàng)新方法知識素養(yǎng)，也充分展現(xiàn)了航發(fā)人的務實創(chuàng)新的精神面貌。

項目團隊參加中國創(chuàng)新方法大賽湖南賽區(qū)株洲選拔賽

最終，航發(fā)湖南動研所“高性能緊湊航空發(fā)動機壓縮系統(tǒng)創(chuàng)新設計”項目斬獲全國總決賽一等獎，其包含趙偉光、趙振國、王英杰3人的項目團隊也作為湖南唯一沖進擂臺賽的隊伍，將趕赴天津“電視擂臺賽”現(xiàn)場展開角逐。

地處湖南省株洲市的航發(fā)湖南動研所于1968年3月成立，隸屬于中國航空發(fā)動機集團有限公司，是我國唯一集型號研制及預先研究于一體的中小型航空發(fā)動機和直升機傳動系統(tǒng)研究發(fā)展基地。研究所是教育部批準的具有博士和碩士學位培養(yǎng)權的單位，設有博士后科研工作站和湖南省院士工作站，擁有一支專業(yè)配套、結構合理、具有較強研發(fā)實力的科技人才隊伍。

多年來，航發(fā)湖南動研所曾先后獲得專利授權700余項，國家、省部級科學技術獎450余項，其中“玉龍”發(fā)動機獲得國家科技進步獎一等獎，是我國航空發(fā)動機單獨申報取得的最高國家級獎項。此次中國創(chuàng)新方法大賽全國總決賽取得的好成績，也再一次證明其強大專業(yè)實力。

“今年4月開始，航發(fā)湖南動研所科技委就在全所進行了動員，請到了資深教師，并組織了‘一線工程師創(chuàng)新方法理論專項深度培訓會’。”作為本次項目團隊主要成員之一的趙振國告訴記者。

該項目團隊也從此次培訓會開始，逐漸地接觸、了解并掌握TRIZ理論和TRIZ方法，初步形成參賽項目的雛形。今年7月，“高性能緊湊航空發(fā)動機壓縮系統(tǒng)創(chuàng)新設計”項目在單位領導和專家的指導下，正式啟動。

據(jù)介紹，該項目針對的目標是高空長航時無人機發(fā)動機，核心內容是發(fā)展先進可靠的航空發(fā)動機壓縮系統(tǒng)。無人機在軍用和民用領域均發(fā)揮了至關重要的作用，如偵查、傳感、打擊、通信等。無人機發(fā)動機性能決定了無人機的航時和升限，其結構決定了無人機執(zhí)行任務時的運行穩(wěn)定性、維護性。因此，一款先進的無人機發(fā)動機不僅要具有良好的高空性能和燃油經(jīng)濟性，還需要結構緊湊、機構精簡，以降低發(fā)動機的重量和復雜程度，提高可靠性。

壓縮系統(tǒng)是無人機發(fā)動機的核心部件之一，壓比、效率和尺寸是衡量壓縮系統(tǒng)性能和結構緊湊性優(yōu)劣的最重要的參數(shù)，對發(fā)動機的耗油率和推重比也具有直接的影響。“因此，本項目將問題焦點聚集在如何提高壓縮系統(tǒng)的壓比并縮短其尺寸上，并運用TRIZ理論和方法，開展創(chuàng)新設計探索。”趙振國進一步介紹。

為更好地應用TRIZ工具開展研究，本項目定義壓縮系統(tǒng)為當前技術系統(tǒng)，技術系統(tǒng)的功能為增加氣體壓力。為了分析各組件的發(fā)揮作用情況，項目團隊首先對技術系統(tǒng)開展了功能分析，得到了當前技術系統(tǒng)中的問題所在，即風扇葉片、增壓級葉片及高壓壓氣機葉片對空氣壓縮能力不足。為了進一步改善功能模型，項目團隊又通過裁剪將有問題的功能組件進行優(yōu)化，利用裁剪法實施策略技術系統(tǒng)或超系統(tǒng)中其他組件可以完成組件A的功能，將價值度較低的增壓級葉片裁減掉，并提出半葉高串列風扇的技術方案，以解決風扇葉片發(fā)揮作用不足的問題，從而使技術系統(tǒng)化繁為簡。

與此同時，為解決具體的技術問題，項目團隊應用因果分析法，理順問題產(chǎn)生的原因，并充分挖掘技術系統(tǒng)內外部資源，以找到最有效的解決方案。

因果分析從壓氣機逆壓力梯度不足的問題出發(fā)，層層剖析，最終找到6個根本原因，并依此提煉出了6個問題入手點：壓氣機單級壓比不足、如何減小壓氣機流動損失、靜子中氣流的轉折角不足、轉子葉片切線速度不足、葉片特征長度不足、壓氣機壓縮效率不足。

然后從這6個問題入手，靈活運用TRIZ解題工具，提出了相應的解決方案。如：針對壓氣機單級壓比不足問題，項目團隊運用了多種解題思路進行嘗試，如“小人法”“矛盾矩陣”等，并未得出有效的解決方案，因此最終采用了How to模型，結合科學效應知識庫進行創(chuàng)新，獲得解決問題的模型，并運用到該問題中，形成了軸流離心組合壓氣機的創(chuàng)新方案；針對其他幾個問題，項目團隊也同樣多角度采用TRIZ解題工具，如物理矛盾、技術矛盾物場模型等，最終形成16個有效的解決方案，選擇11個解決方案進行重組，綜合應用了半葉高串列風扇、高效率寬裕度斜流葉輪、超大彎角吸附式靜子、高馬赫數(shù)弓形擴壓器等創(chuàng)新點，形成最終的組合技術方案。該方案可有效提高壓縮系統(tǒng)的高空性能，并縮短尺寸，以保證發(fā)動機高空運行耗油率和推重比的優(yōu)異表現(xiàn)。

“為了工作、比賽兩不誤，我們利用下班時間，潛心學習《創(chuàng)新方法教程》等有關知識，經(jīng)常集體研討到凌晨兩三點，靈活運用創(chuàng)新方法，反復優(yōu)化技術方案，完善技術細節(jié)，校驗技術數(shù)據(jù)。”趙振國表示，經(jīng)過近3個月的共同努力，才形成了最終的參賽作品。

回憶參賽歷程，歷歷在目。今年10月27日，中國創(chuàng)新方法大賽湖南賽區(qū)株洲選拔賽正式開幕，各路選手各顯神通，展開了激烈的比拼。本項目在比賽中順利挺進湖南賽區(qū)決賽。賽后，針對比賽中暴露的問題，團隊成員多次集體研討，查找資料，對于尚未掌握的知識點，主動向專家請教，進一步完善了參賽作品。11月10日，中國創(chuàng)新方法大賽湖南賽區(qū)總決賽拉開序幕。項目團隊經(jīng)過前期充分的準備，在答辯中再次脫穎而出，榮獲湖南省賽區(qū)一等獎。

從項目構思到完成方案，項目團隊成員經(jīng)歷了無數(shù)次推倒重來和修補完善，最終形成可行的技術方案。在這一過程中，團隊成員申請了多項發(fā)明專利，并對將來可能的方向進行了專利布局。項目所發(fā)展的高性能緊湊型航空發(fā)動機壓縮系統(tǒng)設計技術不僅可推廣應用于高空長航時無人機、無人轟炸機、巡航導彈等軍用飛行器先進動力，在應急、通信、氣象、測繪等民用領域也具有十分廣闊的應用前景。

“本次中國創(chuàng)新方法大賽為廣大企業(yè)科技工作者搭建了交流創(chuàng)新理論、提升創(chuàng)新水平、展示創(chuàng)新風采的舞臺，激發(fā)了企業(yè)一線科技人員創(chuàng)新爭先的熱情，營造了激勵企業(yè)創(chuàng)新的良好氛圍，在引領科技工作者投身創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面做出積極貢獻。”項目團隊表示，“自主創(chuàng)新、方法先行，經(jīng)過這次比賽，我們掌握科學的創(chuàng)新方法和工具，為將來在行業(yè)內進一步應用和推廣創(chuàng)新方法、提升自主創(chuàng)新能力找到了突破口。”