如何优化航空发动机外部管路设计

李文彪

摘 要：传统的航空发动机外部管路设计虽然符合了实际需求，但是存在周期长，反复多，成本高等等缺点。通过数字化的三维设计手段建立数字模型，在很大程度上可以解决这些弊端，从而提高航空发动机的使用寿命[1]，在质量不变或者有所提高的前提下，优化航空发动机外部管路设计，所以今天我们就来讨论一下，如何优化航空发动机外部管路设计。

关键词：航空发动机，外部管路设计，优化

一、航空发动机设计存在的问题

1、材料

航空发动机设计需要大量的材料，其中使用最多的是耐高温材料。除此之外，材料并不是只要耐高温就可以了，材料还需要有良好的硬度，强度，延展性等特点，这样条件的材料本就是极其的稀少，而且航空发动机外部管路由几万甚至几十万个零件组成，设计、制造都是极其复杂的事情[2]。不仅如此，发动机零件材料不只是需要一些金属材料，非金属材料，更多的是使用一些合金物质，合金物质本身就具有难以合成的特点，如果需要大量生产，对企业是一个很大的挑战。

2、工艺

例如涡轮叶片的形状是极其的特殊，同时就要求材料具有一定的硬度。现在要求把那些特殊的材料按照特殊的形状加工出来，同时对加工精度也有很高的要求，而我们国家目前整个工厂体系的精度与发达国家相比都有很大的差距，这也是我们国家自主制造发动机的重大难题。涡轮叶片的单晶铸造，这个是我们一直想突破却一直未能突破的问题。而精密机床仍然是发达国家限制向中国出口的产品之一。就比如美国航母上特殊的弹射系统，其中的原理很简单，但是全世界只有美国可以造出来，就是因为精密机床技术限制了我国发动机更上一层楼。中国的精密机床仍然没有达到世界的先进水平，也就是说，发动机零件加工仍然存在问题[2]。

二、优化航空发动机外部设计

1、首先要分析和研究现代的管路设计问题和传统的管路设计问题。从管路的设计过程中、管路设计的材料等等内容上解决传统发动机外部管路的问题，并且通过对管路设计建立模型，利用模型分析问题，指出传统设计存在的问题，加大利用计算机科学的力度。再利用计算机科学去解决传统设计过程中难以适应航空发动机管路设计的问题[3]。

2、需要建立外部管路设计协同设计模型。首先就要建立航空发动机外部管路设计管理系统模型，统一的设计对象模型，这样的模型有利于更好的理解管路的基本信息，几何数据，功能等等信息，再设计过程中，就应该收集好数据并且在生产过程中控制好数据的精确度，管理好这些就可以很好的控制发动机最基础的设计数据。在此基础上，需要建立以协同设计的系统模型，这种模型就是为了配合数据模型更好的协同合作。因为建立这么多的模型就是为了把发动机抽象的概念简化为具体的模型，为发动机外部管路设计提供了统一的，有效的信息基础。另一方面，为实现管路的协调设计提供了有力的计算机支持工具[1]。

3、更多的采用人工智能技术，为了解决协同设计中的几何设计的管路问题，就应该创新的提出并实现网络扩散管路设计、规律设计的agent方法进行航空发动机单条管路的设计，就是加大投入成本，积极地引用人工智能技术，这种方法具有良好的可行性与实用性。首先分析和综合了主要基于工程实践中的实际经验的模式和分层设计的基础方法，以及系统的理解管路设计的知识，走出传统的误区。指出他们可以建立三维真实环境下的管路设计问题，给人一种很好的观察模式，然后提出网络扩散加管道设计约束规则中的agent方法进行单条管路设计的方法[2]。在该方法中，应该采用三维的网络化知识和思维，用能力场化的方法处理一些复杂的问题，在该三维的方法中采用了复杂的三维处理技术，同时三维技术的应用，有利于观察发动机的整体形式与规格。在实际的形象中体会发动机的工作过程与实际的受力情况。

4、再解决单个发动机管道的设计问题的基础上，更进一步开创性的提出并实现了基于遗传规律计算的整体规划方法，解决管路系统中的整体优化技术。航空发动机外部管路设计系统中的整体优化是高难度的整体组合的优化问题。目前还没有具体的部门在这一方面进行研究。比如機器人的规划中就采用了把具体的管路设计简化为中心的设计的方法。然后去开发二维环境下可行的单条管路设计的优化方案。然后在计算机技术的辅助下，开创的提出了遗传算法中的部分管路设计，并在该方法的逆转设计中思考对管路设计的不同点，在整体上优化了管路设计的具体顺序，提高管路设计的质量与水平[3]，进而得到管路设计系统整体优化的具体方案。

5、建立很好的处理，设计，创造系统原型下的管路几何设计系统，作为整体系统的一个子系统，首先就要明确，整个系统是要很好的设计发动机管路。在这个大方向的指引下，改造管路几何系统的具体作用。从通信，任务控制，信息输入输出等方面建立需求模型。建立系统的总体结构并着重描述了管路智能模式的实现，最后用相应的软件实现整体发动机的设计。

【总结】

航空发动机外部管路设计问题是高度复杂的，多科学结合的设计问题，具有高强度的计算复杂性，高信息技术知识的转化等特点。对航空发动机外部管路设计问题的研究可以解决现实管路设计中相应的技术缺差，计算机支持程度低，设计手段低下等问题。如果很好的运用相应的模型方式可以很好的解决发动机外部管路设计问题。更好的优化设计方案。

参考文献：

[1]孙博，邱明星，田静，石峰. 航空发动机用钛合金外部管路设计及工艺研究[J]. 航空制造技术，2015，（Z2）：124-128.

[2]樊江，陈志英，王荣桥. 航空发动机外部管路多Agent协同设计系统框架[J]. 航空动力学报，2006，（01）：186-189.

[3]王鹏. UG软件在航空发动机外部管路设计中的应用[J]. 航空发动机，2003，（04）：35-37.endprint