数字样机(digital mock-up)技术也称虚拟样机技术，是20世纪80年代随着计算机技术发展而迅速发展起来的一项新技术。它的概念是指建立整个产品的全三维数字化模型，实现对产品整体显示和装配过程的模拟。数字样机技术能够缩短机械产品的设计开发周期，减少产品开发费用和成本，提高产品质量与性能，获得最优的创新产品。然而目前该技术还未应用到航空发动机产品研制过程中。
航空发动机是飞机的心脏，其零部件数目庞大，结构复杂，工艺制造与装配难度大，被喻为“工业皇冠上的明珠”。建立航空发动机的数字样机可实现需无数次物理样机才能完成的试验，从而无需制造及试验物理样机就可获得最优方案。
基于此，本文建立航空发动机整机零部件的三维模型，通过轻量化模型处理与零部件的约束关系，对航空发动机进行了子装配与整机装配，并对装配结果进行了干涉检验。最后，通过WAVE技术，建立了部件的关联关系，实现了部件的关联参数设计。
1 航空发动机数字样机建模
零部件三维模型建立的过程是零部件数字化定义的过程，其目的在于实现零部件的几何可视化，从而便于设计、制造和管理人员从外观方面理解零件的构造，可以方便地在计算机上对零部件进行重量、平衡和应力分析；利用包含各种数据参数的三维模型实现各种零部件的精确配合，减少设计错误、更改和返工现象。完整的零件数字模型应该包括管理参数、形状几何参数、技术参数、精度参数和材料属性。
在航空发动机的研制过程中，制定了零部件的命名规则与建模规范(包括基于MBD的三维标注技术)，在NX7．5的环境下，建立了航空发动机数字样机所需的各类零部件模型(叶片类、机匣类、盘轴类、管路类及非规则类零件)，共计10000多个。本文仅以叶片类零件为例，对其建模方法进行阐述。
叶片类零件是航空发动机的关重部件，按照结构特征，分为压气机叶片与涡轮叶片。这类零件叶片型面为空间扭曲自由曲面，材料多为钛合金、高温合金等难加工材料，属于结构复杂、工艺制造过程难以实现的复杂产品。为满足设计与制造的需求，建立叶片类零件的精确化模型，在CAD软件环境下，开发、集成了一套叶片类零件的建模方法与流程，如图l所示。依照开发的流程，建立的压气机与涡轮叶片三维模型如图2所示。
基于叶片类零件的气动数据，按照上述流程可以快速、准确地实现这类零件的三维模型，为结构设计、强度分析提供有力依据。
图1 叶片类零件建模流程
图2 叶片类零件三维模型
2 数字样机的装配
装配是制造过程的最后环节，也是最为主要的制造环节之一。建立完各零部件后，需要根据航空发动机的约束关系进行虚拟装配，最终完成航空发动机整机数字样机的建立。下面将从轻量化模型处理，装配约束与装配检查三方面对装配过程进行阐述。
2．1 轻量化模型处理
航空发动机零部件三维模型复杂，信息量巨大，为了满足后续可视化装配的需求，必须处理冗余的数据，实现模型数据的轻量化处理。
产品信息模型中的数据包括几何信息和非几何信息，但在产品装配过程中更为关注模型的形体几何信息，故需过滤产品模型中的非几何信息以简化产品模型。通过利用拓扑、几何数据的提取，数据拷贝，拓扑异构处理的技术完成非几何信息的过滤。过滤后仅含几何信息的模型中，仍然存在大量逼近生成的自由曲线曲面，随着曲面控制点网格密集程度的增加其数据量急剧增大，然而，装配过程中对模型精度的要求低于造型系统，为此需采用减少控制点，降低精度来简化自由曲线曲面。
现有的CAD软件如NX，已经将上述技术集成开发成功能模块，故本文在NX7．5环境下，采用此功能模块，使整机模型所占空间由2132.8MB减少到120MB，大大减少了模型存储空间，实现了模型的轻量化处理，使后续的可视化装配成为可能。
2．2 装配约束
装配体中的装配配合是在零部件之间加入必要的约束关系，以此来定义零部件位置和方向，这些约束关系包括接触对齐、同心、距离、固定、平行、垂直、拟合、胶合、中心和角度等。
现有的CAD软件提供了2种装配方法，一种是自底向上(down-top)的装配方法，指将全部设计好的装配组件添加到装配中并设置上述约束关系。另一种是自顶向下(top-down)的装配方法，主要是基于有些模型需根据实际情况来判断装配件的位置和形状，即只能通过装配完毕的组件来定位其形状位置。
本节基于上述航空发动机的三维模型，在NX7．5环境下，采用自底向上的装配方法，通过上述约束关系．对其六大单元体零组件(风扇及增压机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮和机械系统)进行单元体子装配与整机大装配，装配结果如图3、图4所示。
