如何優(yōu)化航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路設(shè)計(jì)

李文彪

摘 要：傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路設(shè)計(jì)雖然符合了實(shí)際需求，但是存在周期長(zhǎng)，反復(fù)多，成本高等等缺點(diǎn)。通過數(shù)字化的三維設(shè)計(jì)手段建立數(shù)字模型，在很大程度上可以解決這些弊端，從而提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命[1]，在質(zhì)量不變或者有所提高的前提下，優(yōu)化航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路設(shè)計(jì)，所以今天我們就來討論一下，如何優(yōu)化航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)，外部管路設(shè)計(jì)，優(yōu)化

一、航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)存在的問題

1、材料

航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)需要大量的材料，其中使用最多的是耐高溫材料。除此之外，材料并不是只要耐高溫就可以了，材料還需要有良好的硬度，強(qiáng)度，延展性等特點(diǎn)，這樣條件的材料本就是極其的稀少，而且航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路由幾萬甚至幾十萬個(gè)零件組成，設(shè)計(jì)、制造都是極其復(fù)雜的事情[2]。不僅如此，發(fā)動(dòng)機(jī)零件材料不只是需要一些金屬材料，非金屬材料，更多的是使用一些合金物質(zhì)，合金物質(zhì)本身就具有難以合成的特點(diǎn)，如果需要大量生產(chǎn)，對(duì)企業(yè)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

2、工藝

例如渦輪葉片的形狀是極其的特殊，同時(shí)就要求材料具有一定的硬度。現(xiàn)在要求把那些特殊的材料按照特殊的形狀加工出來，同時(shí)對(duì)加工精度也有很高的要求，而我們國(guó)家目前整個(gè)工廠體系的精度與發(fā)達(dá)國(guó)家相比都有很大的差距，這也是我們國(guó)家自主制造發(fā)動(dòng)機(jī)的重大難題。渦輪葉片的單晶鑄造，這個(gè)是我們一直想突破卻一直未能突破的問題。而精密機(jī)床仍然是發(fā)達(dá)國(guó)家限制向中國(guó)出口的產(chǎn)品之一。就比如美國(guó)航母上特殊的彈射系統(tǒng)，其中的原理很簡(jiǎn)單，但是全世界只有美國(guó)可以造出來，就是因?yàn)榫軝C(jī)床技術(shù)限制了我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)更上一層樓。中國(guó)的精密機(jī)床仍然沒有達(dá)到世界的先進(jìn)水平，也就是說，發(fā)動(dòng)機(jī)零件加工仍然存在問題[2]。

二、優(yōu)化航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部設(shè)計(jì)

1、首先要分析和研究現(xiàn)代的管路設(shè)計(jì)問題和傳統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)問題。從管路的設(shè)計(jì)過程中、管路設(shè)計(jì)的材料等等內(nèi)容上解決傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路的問題，并且通過對(duì)管路設(shè)計(jì)建立模型，利用模型分析問題，指出傳統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題，加大利用計(jì)算機(jī)科學(xué)的力度。再利用計(jì)算機(jī)科學(xué)去解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中難以適應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路設(shè)計(jì)的問題[3]。

2、需要建立外部管路設(shè)計(jì)協(xié)同設(shè)計(jì)模型。首先就要建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)模型，統(tǒng)一的設(shè)計(jì)對(duì)象模型，這樣的模型有利于更好的理解管路的基本信息，幾何數(shù)據(jù)，功能等等信息，再設(shè)計(jì)過程中，就應(yīng)該收集好數(shù)據(jù)并且在生產(chǎn)過程中控制好數(shù)據(jù)的精確度，管理好這些就可以很好的控制發(fā)動(dòng)機(jī)最基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，需要建立以協(xié)同設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模型，這種模型就是為了配合數(shù)據(jù)模型更好的協(xié)同合作。因?yàn)榻⑦@么多的模型就是為了把發(fā)動(dòng)機(jī)抽象的概念簡(jiǎn)化為具體的模型，為發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路設(shè)計(jì)提供了統(tǒng)一的，有效的信息基礎(chǔ)。另一方面，為實(shí)現(xiàn)管路的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)提供了有力的計(jì)算機(jī)支持工具[1]。

3、更多的采用人工智能技術(shù)，為了解決協(xié)同設(shè)計(jì)中的幾何設(shè)計(jì)的管路問題，就應(yīng)該創(chuàng)新的提出并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散管路設(shè)計(jì)、規(guī)律設(shè)計(jì)的agent方法進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)單條管路的設(shè)計(jì)，就是加大投入成本，積極地引用人工智能技術(shù)，這種方法具有良好的可行性與實(shí)用性。首先分析和綜合了主要基于工程實(shí)踐中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的模式和分層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法，以及系統(tǒng)的理解管路設(shè)計(jì)的知識(shí)，走出傳統(tǒng)的誤區(qū)。指出他們可以建立三維真實(shí)環(huán)境下的管路設(shè)計(jì)問題，給人一種很好的觀察模式，然后提出網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散加管道設(shè)計(jì)約束規(guī)則中的agent方法進(jìn)行單條管路設(shè)計(jì)的方法[2]。在該方法中，應(yīng)該采用三維的網(wǎng)絡(luò)化知識(shí)和思維，用能力場(chǎng)化的方法處理一些復(fù)雜的問題，在該三維的方法中采用了復(fù)雜的三維處理技術(shù)，同時(shí)三維技術(shù)的應(yīng)用，有利于觀察發(fā)動(dòng)機(jī)的整體形式與規(guī)格。在實(shí)際的形象中體會(huì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程與實(shí)際的受力情況。

4、再解決單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)管道的設(shè)計(jì)問題的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步開創(chuàng)性的提出并實(shí)現(xiàn)了基于遺傳規(guī)律計(jì)算的整體規(guī)劃方法，解決管路系統(tǒng)中的整體優(yōu)化技術(shù)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的整體優(yōu)化是高難度的整體組合的優(yōu)化問題。目前還沒有具體的部門在這一方面進(jìn)行研究。比如機(jī)器人的規(guī)劃中就采用了把具體的管路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為中心的設(shè)計(jì)的方法。然后去開發(fā)二維環(huán)境下可行的單條管路設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。然后在計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助下，開創(chuàng)的提出了遺傳算法中的部分管路設(shè)計(jì)，并在該方法的逆轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)中思考對(duì)管路設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)，在整體上優(yōu)化了管路設(shè)計(jì)的具體順序，提高管路設(shè)計(jì)的質(zhì)量與水平[3]，進(jìn)而得到管路設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體優(yōu)化的具體方案。

5、建立很好的處理，設(shè)計(jì)，創(chuàng)造系統(tǒng)原型下的管路幾何設(shè)計(jì)系統(tǒng)，作為整體系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，首先就要明確，整個(gè)系統(tǒng)是要很好的設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)管路。在這個(gè)大方向的指引下，改造管路幾何系統(tǒng)的具體作用。從通信，任務(wù)控制，信息輸入輸出等方面建立需求模型。建立系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)并著重描述了管路智能模式的實(shí)現(xiàn)，最后用相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)整體發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)。

【總結(jié)】

航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路設(shè)計(jì)問題是高度復(fù)雜的，多科學(xué)結(jié)合的設(shè)計(jì)問題，具有高強(qiáng)度的計(jì)算復(fù)雜性，高信息技術(shù)知識(shí)的轉(zhuǎn)化等特點(diǎn)。對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路設(shè)計(jì)問題的研究可以解決現(xiàn)實(shí)管路設(shè)計(jì)中相應(yīng)的技術(shù)缺差，計(jì)算機(jī)支持程度低，設(shè)計(jì)手段低下等問題。如果很好的運(yùn)用相應(yīng)的模型方式可以很好的解決發(fā)動(dòng)機(jī)外部管路設(shè)計(jì)問題。更好的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

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