据美国《航空周刊》网站2022年10月3日刊文,借助为F119涡扇发动机创建数字孪生,普惠公司将使F-22战斗机通过未来软件更新来增强飞行包线内某些区域的机动性能。悬而未决的F-22升级可能表明,创建和分析物理部件的数字副本可以在一架作战飞机寿命的中期阶段产生意想不到的性能改进。
具体而言,普惠公司在2018年开始收集单台F119发动机的历史使用数据。随着对来自实际飞行的TB级数据的分析,他们发现,实际使用发动机的方式与F119设计者的计算假设不同。在发动机的一些区域,如核心机和低压模块,实际飞行小时数据显示这些部件的寿命比预测寿命要长20%;风扇也比预期的更耐用,但不是同样的幅度。
由于了解到发动机部件使用时间可以比预期的更长,这给美国空军提供了选择。他们可以像以前一样继续运行发动机,并通过推迟更换某些部件,在飞机的使用寿命内获得超过8亿美元的成本节约。或者,美国空军可以利用部件的一些额外特性,获取更多的发动机性能。当一台发动机产生额外的推力或加速度时,部件有时会暴露在更高的温度下。由于数字孪生的数据显示这些部件比预期的更加坚固,可以将这些部件暴露在更高的温度下,而不需要在以后支付更多的维修费用。在这个意义上,操作者用飞行包线某些区域的更多性能来换取正常运行和推迟维修的长期成本节约。
普惠公司的软件工程师修改了F119的数字电子发动机控制系统(DEEC)的软件代码,该系统通过调节转子速度和喷嘴喉部面积等条件来安排和维持发动机的工作点。通过使用敏捷的软件开发方法,普惠公司在9个月内完成了DEEC软件更新,包括回归测试和在风洞中进行100小时的发动机测试。普惠公司已将新软件交给洛马公司,计划将发动机性能升级纳入F-22作战飞行计划的未来更新中。
普惠公司以空军安全限制为由,没有透露性能改进的细节。F119的最大连续推力等级约为35000磅(15876千克),在软件更新后不会改变,但机动性能(即速度和加速度)将在某些方面得到改善。美国空军希望提高F-22现有飞行包线的特定区域的性能,而普惠公司通过对F119控制软件调整,能够达到这种效果。
数字孪生的使用可能会扩展到F119之外,但也有限制。例如,普惠公司在F100-PW-229发动机中引入了DEEC,但几十年前的处理器必须进行升级,以便用于F119发动机改进性能的算法能顺利运行。普惠公司还在努力对F135发动机进行同样的使用寿命分析,以创建基于现役发动机的数字孪生。