2024 年 7 月 12 日，西北工業大學的教授肖洪在科普中國星空講壇陜西專場“探秘星空 觸摸未來”帶來演講《現代工業“皇冠上的明珠”——航空發動機”》。

以下是肖洪的演講節選：

航空發動機有多重要？

沒有活塞發動機，就沒有人類的有動力飛行；而沒有渦輪噴氣發動機，就沒有人類的超音速飛行；如果沒有渦扇發動機，人類就不可能長距離跨洋飛行；沒有超燃或組合動力，就沒有人類的高超聲速飛行。

可以說是：一代動力，一代飛機。

我國最高科學技術獎獲得者顧誦芬院士曾經提到過，航空發動機是高技術結晶，它集中體現了空氣動力學、材料技術、加工工藝、控制技術、計算機技術以及電子技術的最新成果。它的單位重量價值遠遠超過了其他行業。

人工智能如何加速航空發動機的研發？

雖然航空發動機具備高難度的特征，但是仍舊有廣闊的前景。

首先，航空發動機的發展是國家行為，世界航空強國均高度重視航空發動機的發展。同時，它也是武器裝備核心技術，沒有先進航空發動機，不可能有先進戰機。同樣，也具備經濟性，民用航空動力市場經濟利益巨大，需求旺盛。

特別是，近年來人工智能技術的發展，也為航空發動機領域注入了新的活力。

以航空發動機試驗為例。劉大響院士曾經在一次公開演講里面提及過，一型航空發動機從設計到定型需要幾千甚至上萬小時試驗，時間會持續十年之久。

隨著人工智能技術的發展，人們試圖將一部分試驗轉移至數字空間進行，在數字空間通過數字孿生技術再造一款性能一一對應的數字發動機，在數字發動機上開展試驗，這樣可以大幅度節省人力物力財力，并加速研制進程。

以航空發動機高空臺試驗為例。高空臺試驗就是在地面上造一個和高空環境一樣的試驗臺。但是，高空臺造得再完美，也不可能遍歷所有工作狀態。

假設在高空臺試驗中，我們只開展了黑點區域的狀態試驗，那么接下來我們可以怎么做呢？第一步，我們可以將左側的1、2、3、4、5、6，這六個黑點數據送到一個模型里，去訓練數字化模型，第二步，將右側的1、2、3、4已經做的高空臺試驗點的試驗狀態輸入剛才做的數字化模型，和整機的高空臺試驗結果對比，如果一樣，OK，完美，如果不一樣，就反復調整這個數字化模型，直到滿足精度為止。

上面我們建立的數字化試驗系統，最簡單的應用是數字化試驗與高空臺試驗并行，實時監控試驗狀態，也就是以虛映實。

更為重要的應用是通過數字化試驗補充高空臺試驗未做的試驗狀態，也就是我們圖中顯示的白色點的試驗狀態，以減少試驗次數，也就是以虛補實。

該數字化試驗系統，也可以在航空發動機未上高空臺前，開展數字化試驗，提前預判高空性能，也就是以虛預實。

人工智能如何保障航空發動機的安全運維？

同樣，人工智能技術在保障航空發動機的安全運維中也會發揮重要作用。

在飛行階段，航空發動機的測量參數一般較少。

為什么？

因為航空發動機不可能讓傳感器插得千瘡百孔。

這就帶來一個問題：假設機載飛行航空發動機只測量了20個參數，但是地面試驗和高空臺試驗測量了200個參數，也就意味著，有180個參數經過了試驗測量但是機載未測量。

現在，我們就可以通過人工智能來發展虛擬傳感器技術，實時推測這180個未測參數。這樣，測量參數大幅度增加，實現險情提前預警，未來飛行也會更加安全。

作者丨肖洪 西北工業大學的教授、博士生導師

來源: 科普中國星空講壇

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