为B-52轰炸机建立数字孪生体的价值

自从DARPA提出数字孪生体概念以来，美国空军积极配合开展了系列工作。从2013年启动F-15C机身数字孪生体项目，到后来应用到F-35全面数字孪生化，以及e-Programs、e-Series和WeaponONE等，展现了数字孪生装备工程的巨大潜力。

经过多年的探索实践，美国国防部已经建立了数字孪生装备体系，并在美国2016年度国防授权法案中，明确提出开展“快速原型”工作，要求5年内实现虚拟和物理原型，6个月内实现快速部署。而且国会还认为，快速原型的方法适用于任何项目。

在此基础上，美国空军开始推动所谓e-Programs，其中包括B-52战略轰炸机的商业引擎替换项目（CERP，Commercial Engine Replacement Program），国防部数字孪生基础设施提供了建模仿真的支撑，加速CERP项目的开展。

B-52战略轰炸机早在1955年就面世了，其知名度非常高。现在考虑到预算和更多创新项目开展的需要，美国空军计划通过配备全新发动机来延长B-52的使用寿命，达到2050年退役的目标，这样就使得B-52成为跨百年使用时间的飞机了。

美国空军在去年9月宣布，罗尔斯·罗伊斯公司（简称“罗罗”）获得 26 亿美元商用发动机更换计划合同。该飞机目前使用了普惠制造的 TF33 发动机，可以追溯到 1960 年代初期，预计到2030将达到其使用寿命。

在实施CERP项目的时候，波音公司需要配合罗罗，其配合方式就是数字孪生装备工程。

该项目从创建 B-52系统及其运作方式的数字孪生体开始，即为飞机发动机和其他部件建立数字孪生模型，这样方便工程师开展相关设计工作，并且其他工程师很容易获得正在设计的各种部件数字孪生模型。

工业4.0研究院对F-15、F-35、B-52和A-10等建立了数字孪生装备案例库，B-52相关资料显示，该项目采取了三步走的策略，第一阶段主要完成虚拟原型的快速生成，第二阶段则需要完成物理原型的快速建造，然后才是生产配置部署。

值得注意的是，测试评估团队全面参与所有流程，因为他们掌握了数字孪生基础设施，能够及时有效的给所有参与方提供数字孪生模型，便于统一相关数据。

罗罗B-52项目总监表示，今年第四季度，罗罗将开始在美国宇航局位于密西西比州的斯坦尼斯航天中心测试其发动机原型，以了解它们将如何在 B-52 机舱中运行。她补充说，工程和制造开发阶段预计将持续到 2026 年。

新发动机将能够在飞机上进行维护工作，而无需拆卸进行大修。

完成数字孪生装备工程改造之后，将使负责保持发动机运转的维护人员更容易制作清晰准确的手册，设计中使用的工具将允许在不拆卸发动机的情况下完成未来的发动机维修。

而且，随着 B-52的发动机得到升级，其相关子系统也将升级，包括发电和气动系统。B-52 还将配备新的驾驶舱显示器和数字发动机控制装置、发动机吊舱的新支柱和结构，以及新的飞机健康维护系统，以帮助空军在未来三年内维持它。

毫无疑问，在B-52上实施的CERP项目，代表了数字孪生体技术典型应用场景，这对于工业4.0研究院进一步开展数字孪生装备工程项目也颇有助益。

作者：何东东，工业4.0研究院分析员