在航空发动机领域，人工智能带来了哪些帮助？

2024 年 7 月 12 日，西北工业大学的教授肖洪在科普中国星空讲坛陕西专场“探秘星空 触摸未来”带来演讲《现代工业“皇冠上的明珠”——航空发动机”》。

以下是肖洪的演讲节选：

航空发动机有多重要？

没有活塞发动机，就没有人类的有动力飞行；而没有涡轮喷气发动机，就没有人类的超音速飞行；如果没有涡扇发动机，人类就不可能长距离跨洋飞行；没有超燃或组合动力，就没有人类的高超声速飞行。

可以说是：一代动力，一代飞机。

我国最高科学技术奖获得者顾诵芬院士曾经提到过，航空发动机是高技术结晶，它集中体现了空气动力学、材料技术、加工工艺、控制技术、计算机技术以及电子技术的最新成果。它的单位重量价值远远超过了其他行业。

人工智能如何加速航空发动机的研发？

虽然航空发动机具备高难度的特征，但是仍旧有广阔的前景。

首先，航空发动机的发展是国家行为，世界航空强国均高度重视航空发动机的发展。同时，它也是武器装备核心技术，没有先进航空发动机，不可能有先进战机。同样，也具备经济性，民用航空动力市场经济利益巨大，需求旺盛。

特别是，近年来人工智能技术的发展，也为航空发动机领域注入了新的活力。

以航空发动机试验为例。刘大响院士曾经在一次公开演讲里面提及过，一型航空发动机从设计到定型需要几千甚至上万小时试验，时间会持续十年之久。

随着人工智能技术的发展，人们试图将一部分试验转移至数字空间进行，在数字空间通过数字孪生技术再造一款性能一一对应的数字发动机，在数字发动机上开展试验，这样可以大幅度节省人力物力财力，并加速研制进程。

以航空发动机高空台试验为例。高空台试验就是在地面上造一个和高空环境一样的试验台。但是，高空台造得再完美，也不可能遍历所有工作状态。

假设在高空台试验中，我们只开展了黑点区域的状态试验，那么接下来我们可以怎么做呢？第一步，我们可以将左侧的1、2、3、4、5、6，这六个黑点数据送到一个模型里，去训练数字化模型，第二步，将右侧的1、2、3、4已经做的高空台试验点的试验状态输入刚才做的数字化模型，和整机的高空台试验结果对比，如果一样，OK，完美，如果不一样，就反复调整这个数字化模型，直到满足精度为止。

上面我们建立的数字化试验系统，最简单的应用是数字化试验与高空台试验并行，实时监控试验状态，也就是以虚映实。

更为重要的应用是通过数字化试验补充高空台试验未做的试验状态，也就是我们图中显示的白色点的试验状态，以减少试验次数，也就是以虚补实。

该数字化试验系统，也可以在航空发动机未上高空台前，开展数字化试验，提前预判高空性能，也就是以虚预实。

人工智能如何保障航空发动机的安全运维？

同样，人工智能技术在保障航空发动机的安全运维中也会发挥重要作用。

在飞行阶段，航空发动机的测量参数一般较少。

为什么？

因为航空发动机不可能让传感器插得千疮百孔。

这就带来一个问题：假设机载飞行航空发动机只测量了20个参数，但是地面试验和高空台试验测量了200个参数，也就意味着，有180个参数经过了试验测量但是机载未测量。

现在，我们就可以通过人工智能来发展虚拟传感器技术，实时推测这180个未测参数。这样，测量参数大幅度增加，实现险情提前预警，未来飞行也会更加安全。

作者丨肖洪 西北工业大学的教授、博士生导师