运用创新方法 拓展创新思维

文/本刊记者 马小妹

湖南赛区

中国航发湖南动力机械研究所

2022年中国创新方法大赛全国总决赛项目展示比赛期间，中国航发湖南动力机械研究所（以下简称“航发湖南动研所”）作为全国总决赛中唯一一支航空发动机行业参赛队伍，团队成员与来自各地各行各业的选手展开激烈比拼，不仅展示了团队丰富扎实的专业知识储备、良好的创新方法知识素养，也充分展现了航发人的务实创新的精神面貌。

项目团队参加中国创新方法大赛湖南赛区株洲选拔赛

最终，航发湖南动研所“高性能紧凑航空发动机压缩系统创新设计”项目斩获全国总决赛一等奖，其包含赵伟光、赵振国、王英杰3人的项目团队也作为湖南唯一冲进擂台赛的队伍，将赶赴天津“电视擂台赛”现场展开角逐。

地处湖南省株洲市的航发湖南动研所于1968年3月成立，隶属于中国航空发动机集团有限公司，是我国唯一集型号研制及预先研究于一体的中小型航空发动机和直升机传动系统研究发展基地。研究所是教育部批准的具有博士和硕士学位培养权的单位，设有博士后科研工作站和湖南省院士工作站，拥有一支专业配套、结构合理、具有较强研发实力的科技人才队伍。

多年来，航发湖南动研所曾先后获得专利授权700余项，国家、省部级科学技术奖450余项，其中“玉龙”发动机获得国家科技进步奖一等奖，是我国航空发动机单独申报取得的最高国家级奖项。此次中国创新方法大赛全国总决赛取得的好成绩，也再一次证明其强大专业实力。

“今年4月开始，航发湖南动研所科技委就在全所进行了动员，请到了资深教师，并组织了‘一线工程师创新方法理论专项深度培训会’。”作为本次项目团队主要成员之一的赵振国告诉记者。

该项目团队也从此次培训会开始，逐渐地接触、了解并掌握TRIZ理论和TRIZ方法，初步形成参赛项目的雏形。今年7月，“高性能紧凑航空发动机压缩系统创新设计”项目在单位领导和专家的指导下，正式启动。

据介绍，该项目针对的目标是高空长航时无人机发动机，核心内容是发展先进可靠的航空发动机压缩系统。无人机在军用和民用领域均发挥了至关重要的作用，如侦查、传感、打击、通信等。无人机发动机性能决定了无人机的航时和升限，其结构决定了无人机执行任务时的运行稳定性、维护性。因此，一款先进的无人机发动机不仅要具有良好的高空性能和燃油经济性，还需要结构紧凑、机构精简，以降低发动机的重量和复杂程度，提高可靠性。

压缩系统是无人机发动机的核心部件之一，压比、效率和尺寸是衡量压缩系统性能和结构紧凑性优劣的最重要的参数，对发动机的耗油率和推重比也具有直接的影响。“因此，本项目将问题焦点聚集在如何提高压缩系统的压比并缩短其尺寸上，并运用TRIZ理论和方法，开展创新设计探索。”赵振国进一步介绍。

为更好地应用TRIZ工具开展研究，本项目定义压缩系统为当前技术系统，技术系统的功能为增加气体压力。为了分析各组件的发挥作用情况，项目团队首先对技术系统开展了功能分析，得到了当前技术系统中的问题所在，即风扇叶片、增压级叶片及高压压气机叶片对空气压缩能力不足。为了进一步改善功能模型，项目团队又通过裁剪将有问题的功能组件进行优化，利用裁剪法实施策略技术系统或超系统中其他组件可以完成组件A的功能，将价值度较低的增压级叶片裁减掉，并提出半叶高串列风扇的技术方案，以解决风扇叶片发挥作用不足的问题，从而使技术系统化繁为简。

与此同时，为解决具体的技术问题，项目团队应用因果分析法，理顺问题产生的原因，并充分挖掘技术系统内外部资源，以找到最有效的解决方案。

因果分析从压气机逆压力梯度不足的问题出发，层层剖析，最终找到6个根本原因，并依此提炼出了6个问题入手点：压气机单级压比不足、如何减小压气机流动损失、静子中气流的转折角不足、转子叶片切线速度不足、叶片特征长度不足、压气机压缩效率不足。

然后从这6个问题入手，灵活运用TRIZ解题工具，提出了相应的解决方案。如：针对压气机单级压比不足问题，项目团队运用了多种解题思路进行尝试，如“小人法”“矛盾矩阵”等，并未得出有效的解决方案，因此最终采用了How to模型，结合科学效应知识库进行创新，获得解决问题的模型，并运用到该问题中，形成了轴流离心组合压气机的创新方案；针对其他几个问题，项目团队也同样多角度采用TRIZ解题工具，如物理矛盾、技术矛盾物场模型等，最终形成16个有效的解决方案，选择11个解决方案进行重组，综合应用了半叶高串列风扇、高效率宽裕度斜流叶轮、超大弯角吸附式静子、高马赫数弓形扩压器等创新点，形成最终的组合技术方案。该方案可有效提高压缩系统的高空性能，并缩短尺寸，以保证发动机高空运行耗油率和推重比的优异表现。

“为了工作、比赛两不误，我们利用下班时间，潜心学习《创新方法教程》等有关知识，经常集体研讨到凌晨两三点，灵活运用创新方法，反复优化技术方案，完善技术细节，校验技术数据。”赵振国表示，经过近3个月的共同努力，才形成了最终的参赛作品。

回忆参赛历程，历历在目。今年10月27日，中国创新方法大赛湖南赛区株洲选拔赛正式开幕，各路选手各显神通，展开了激烈的比拼。本项目在比赛中顺利挺进湖南赛区决赛。赛后，针对比赛中暴露的问题，团队成员多次集体研讨，查找资料，对于尚未掌握的知识点，主动向专家请教，进一步完善了参赛作品。11月10日，中国创新方法大赛湖南赛区总决赛拉开序幕。项目团队经过前期充分的准备，在答辩中再次脱颖而出，荣获湖南省赛区一等奖。

从项目构思到完成方案，项目团队成员经历了无数次推倒重来和修补完善，最终形成可行的技术方案。在这一过程中，团队成员申请了多项发明专利，并对将来可能的方向进行了专利布局。项目所发展的高性能紧凑型航空发动机压缩系统设计技术不仅可推广应用于高空长航时无人机、无人轰炸机、巡航导弹等军用飞行器先进动力，在应急、通信、气象、测绘等民用领域也具有十分广阔的应用前景。

“本次中国创新方法大赛为广大企业科技工作者搭建了交流创新理论、提升创新水平、展示创新风采的舞台，激发了企业一线科技人员创新争先的热情，营造了激励企业创新的良好氛围，在引领科技工作者投身创新创业方面做出积极贡献。”项目团队表示，“自主创新、方法先行，经过这次比赛，我们掌握科学的创新方法和工具，为将来在行业内进一步应用和推广创新方法、提升自主创新能力找到了突破口。”