【行业动态】2024年完成：数字孪生技术将如何改变俄罗斯的航空业

导读：据russian网站3月28日报道，俄罗斯计划在2024年完成有关将“数字孪生”技术引入航空发动机的研究工作。据俄罗斯联合发动机公司UEC创新开发部门的资深专家伊凡-季莫菲耶夫（Ivan Timofeev）透露，俄罗斯国内数十家企业将一起解决这个问题，数字孪生将是一个统一的研究系统，它描述产品在整个生命周期中的操作。这项技术的实施将加速俄罗斯航空发动机新产品的开发，减少其测试、认证和投入生产的时间。从专家的角度来看，数字孪生的创建将增加俄罗斯国产发动机的竞争优势。

季莫菲耶夫表示：“我们面临着在2024年完成这项研究任务，未来的大规模和复杂的工作将涉及数十家俄国内企业，行业研究机构和大学。”

联合发动机公司是整个项目协调员，而俄罗斯中央航空发动机研究院（TsIAM）、圣彼得堡工业大学萨洛夫（Sarov）工程中心、莫斯科航空学院（MAI）计算机建模中心、俄罗斯科学院克尔德什应用数学研究所、俄罗斯联邦核技术研究中心、全俄实验物理研究所、以及一些俄罗斯企业和大学都将参与进来。

联合发动机公司表示，数字孪生系统是一个经过训练的单一数字化系统，包括产品描述（如航空发动机）整个全寿命周期（设计、测试、生产和运维）的一系列技术和数学模型。

如UEC中所述，数字化双系统是一个经过培训的单一数字系统，包括描述产品（在这种情况下为飞机发动机）整个生命周期（设计，测试，生产和运行）运行的一系列技术和数学模型。

数字孪生的另一个重要组成部分是将所有的需求包括特性，经济和环境指标，技术文档，产品及其组件标准表述为结构化矩阵。

季莫菲耶夫称其为将几乎所有“端到端”数字技术集成，并认为数字孪生技术将驱动俄罗斯航空发动机技术突破，并在全球市场上取得行业领导地位。

发动机数据中心使用的数学模型根据产品全寿命周期的主要阶段分为两组：第一组模型为1D和3D格式，主要是用在发动机设计阶段；第二组由复杂的3D模型构成，这些模型实际上允许将其加工成全尺寸零部件进行全面试验。

对于数字孪生模型的开发上，可以结合机器学习和从运行发动机上传感器在线获取大量数据，通过使用这些模型，可以实时检测发动机的故障，并使用人工智能预测可能出现的问题。

据俄罗斯中央航空发动机研究院燃气涡轮发动机数字全生命周期支持部门负责人安东-萨尔尼科夫（Anton Salnikov）表示，创建数字孪生的困难在于需要针对飞机发动机中成千上万个零件开发许多专门的数学模型和方法，而在目前的联合发动机公司研究工作框架内，尚未解决此问题。

萨尔尼科夫解释道：“数字孪生不仅是数学建模的应用，这是产品感知的另一种哲学，是发动机制造行业和航空领域发展的新范式。”

据他介绍，数字孪生技术肯定会应用到俄罗斯所有处于开发、生产和运营阶段的航空发动机中，特别是TV7-117ST涡桨发动机（用于Il-112V飞机）、AI-222-25涡扇发动机（雅克130飞机）和其它民用航空发动机中。

联合发动机公司工程分析系统部门负责人基里尔-帕阿特尼（Kirill Pyatunin）指出，数字孪生技术的使用将减少新发动机的成本，可以将新发动机的研发周期缩短到5~6年，设计成本降低近三分之一。

帕阿特尼强调道：“现代飞机对发动机质量的要求不断提高，其研发自然也变得越来越复杂。同时，现代发动机技术发展趋势表明，由于花在微调和认证上的时间很多，因此需要缩短发动机的开发周期，理想情况下，一台新型航空发动机的设计、开发和认证就需要5~6年。”

如今的航空发动机的型号认证（一套有关可靠性，安全性和性能确认的测试）需要大量时间，有时这会导致这样一个事实，即在发动机的研发后期，仍不得不对发动机的设计进行一些必要的更改，这将显著的增加成本并延长完成产品的时间，而将来，使用数字孪生技术将减少发动机型号认证的时间。

萨尔尼科夫表示：“在数字孪生技术的背景下，使用能够确保高度符合真实测试的数值模拟，以及开发验证模型和分析计算结果的专用方法，将使我们显着提高测试的质量并减少试验的项目。”

不过，他同时也强调，数值模拟不能代替真实的测试，而只是对它们的补充。他说，认证测试的含义是“确认飞机发动机能够长期的安全运行”。

加速型号认证过程将使航空发动机开发人员减少产品进入市场延迟相关的风险和财务损失。

此外，在数字孪生的框架中，还可以在计算和测试之间组织反馈。所有数学模型均在全面测试的基础上进行检查和完善，并考虑到发动机，组件，系统和零件的后续运维经验。

同时，数据中心的另一个优势是信息模型的单一化（唯一性），它将连接所有参与项目的特定部门。这使得数字孪生技术也优化了工作流程，许多员工之间无需“手动”交换和管理信息，也无需协调办公室中的文件。作为数字孪生技术的一部分，发动机研制过程被高度数字化，并且项目涉及的所有各方都可以轻松访问这些数据。

总的来说，正如联合发动机公司指出的那样，数字孪生技术的出现不仅将使俄罗斯发动机行业能够更有效地响应市场需求，而且在将来，有可能切换到一种新的商业模式：从卖发动机赚钱到卖发动机飞行时间赚钱。

帕阿特尼解释说，使用数字孪生技术不仅可以最大程度地减少开发和设计新发动机的成本，而且可以延长成品的生命周期，提高服务水平和发动机运行的经济效率。Aviaport公司执行董事Oleg Panteleev也认为，在创建新引擎模型阶段，数据中心将从根本上降低企业的成本，并且推动俄罗斯简化认证测试和批量生产动力装置过程。“如果发动机在开发的初期阶段就具有多个数学模型，那么产品进入市场的成本和时间表将会减少。“

不过，Aviapanorama杂志的副总编辑，俄罗斯联邦荣誉飞行员弗拉基米尔-波波夫（Vladimir Popov）表示：“原则上，俄罗斯国内科技和工业有足够的资源来开发数字孪生技术，我们也准备创建这样的技术，这是一个很有前途的项目，但同时难以实施。毕竟，航空发动机的性能取决于许多因素，在数字化中必须考虑所有这些因素，这极具挑战。但是，数字孪生技术出现的效果将是非常积极的，只是首先要加强对机组技术条件和安全性的控制。”

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