【CEO特辑】Simcenter如何助力航空发动机和燃气轮机建立研发数字孪生？
引言
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作为“现代工业皇冠上的明珠”的航空发动机及燃气轮机，是衡量一个国家综合科技水平、科技工业基础实力和综合国力的重要标志。我国在该行业长期存在贸易逆差，其中商用航空发动机全部依赖进口，军用航空发动机供应严重不足，被戏称“心脏病”；燃气轮机方面目前具备E、F级生产维修能力，H级重型燃气轮机全部依赖进口。当前国际形势正在发生深刻变化，航发和燃气轮机作为国家战略行业，势必要走自主研发生产的道路，航空发动机及燃气轮机重大专项应运而生，并于2017年正式启动，如今正在如火如荼的开展各项研究工作。燃气轮机产品上游涉及机械、冶金、材料、化工、能源、电子、信息等诸多工业领域，本身涉及流体力学、工程热力学、传热学、燃烧学、结构力学、控制理论、材料学、制造工艺等众多基础学科和工程技术，对各学科和技术领域的发展具有巨大的促进作用。
西门子本身作为国际燃气轮机行业的三巨头之一，对这个行业有着独特的见解。燃气轮机正向研发是一项复杂的系统工程。传统的燃气轮机研制通常依靠实物试验暴露设计问题，采用“设计-试验验证-修改设计-再试验”反复迭代的串行研制模式，研制周期长、耗资大、风险高。未来燃气轮机技术复杂程度和性能指标要求越来越高，产品研发难度显著增大，研制进度愈加紧迫，传统的研发模式已难以满足发展需求，需要实现从“传统设计”到“预测设计”的模式变革，而仿真是助推航空发动机研发模式变革的重要手段。
Simcenter航空发动机及燃气轮机仿真解决方案
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Simcenter是西门子数字化工业软件为研发数字孪生开发的全新平台，是一个灵活、开放和可扩展的仿真和测试解决方案组合，支持客户在数字化转型中的各类创新活动。核心产品包括机电液热系统建模与仿真工具Amesim，专注热流系统仿真的Flomaster，集成的设计仿真一体化平台Simcenter 3D，专注于CFD的多物理场仿真工具STAR-CCM+，多学科优化平台HEEDS，组合涵盖了燃气轮机开发中的系统、结构、流体、电磁和电子设备仿真以及物理测试。
更进一步针对航空发动机及燃气轮机设计研发的具体场景，梳理并归纳总结一幅思维导图如下，概况了Simcenter产品在航空发动机及燃机轮机的典型应用。
Simcenter的解决方案可以跨越设计研发的不同阶段，除了上图列举的单一场景应用外，借助数字孪生的力量，我们可以将结构、流动、传热、燃烧、电磁、运动等多个学科整合，在参数化CAD和仿真分析之间建立直接联系的高效设计迭代，从早期概念设计阶段一直到初步设计、详细设计及最终变更，预测和改善整个燃气轮机的性能指标。设计过程中产生的仿真数据可以通过Teamcenter仿真数据管理系统科学管理，全面提高仿真流程的一致性与可追溯性。
Simcenter航空发动机及燃气轮机成功案例
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Simcenter仿真解决方案已经在国内外航空发动机及燃气轮机企业广泛应用，以Pratt & Whitney公司为例，传统的设计研发流程需要花费75%的时间开展仿真分析，而用于设计决策的时间只占25%，P&W希望寻求新的解决方案减少仿真分析的时间，让工程师更多的专注于设计本身及工程决策。Simcenter完美符合他们的要求，P&W目前全面启用Simcenter 3D开展整机模型仿真及转子动力学仿真，利用STAR-CCM+开展燃烧仿真分析，获取燃烧室出口温度分布，利用HEEDS串联所有仿真工具，打通数据壁垒，利用仿真数据管理SDM进行完整的设计流程及变更追踪，整个涡轮叶片设计时间缩短50%以上，达到预期目标。
扫码了解：数字化如何影响飞机发动机的热-机械性能。西门子数字化工业软件Simcenter产品经理Mark Donley先生将与您分享他对飞机发动机行业的展望。
结语
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航空发动机和燃气轮机是国之重器，是关系国家疆域安全的战略性装备。Simcenter解决方案通过在西门子能源公司内部的测试及迭代，融合了先进航空发动机和燃气轮机设计技术和信息技术的最新成果，在计算机虚拟环境中，实现对航空发动机整机、部件或系统等的高精度、高保真多学科耦合数值模拟。通过Simcenter设计研发数字孪生，可深化对航空发动机和燃气轮机内部运行本质和规律的认识，提前暴露可能出现的故障、发现设计缺陷，大幅提高研制效率和质量，减少实物试验反复，降低研制风险和成本，加快研制进程。
梁乃明
西门子数字化工业软件全球高级副总裁兼大中华区董事总经理
梁乃明（Leo Liang）先生于2012年3月加入西门子数字化工业软件，担任西门子数字化工业软件全球高级副总裁兼大中华区董事总经理职位。西门子数字化工业集团旗下机构西门子数字化工业软件是全球领先的产品生命周期管理（PLM）软件和生产运营管理（MOM）软件、系统与服务提供商，拥有1500万套已发售软件，全球客户数量达170,000余家，公司总部位于美国德克萨斯州普莱诺市。西门子数字化工业软件与企业客户充分合作，提供行业解决方案，帮助他们实现更多的重要创意，保持可持续的竞争优势。
梁乃明先生的职业生涯开始于美国，曾在American Motors, TAXECO Oil, IBM, Oracle 等公司担任系统工程师，方案架构师，一路晋升为管理层。梁乃明先生在企业级软件行业有30年的丰富经验。梁乃明先生拥有南卫理公会大学的工商管理硕士学位，以及美国威斯康星大学的学士学位，目前定居在中国上海。