仿真。
對於航空發動機設計行業的每一名從業者來說，這都是一個再熟悉不過的名詞。
對於很多初入行當的新人來說，畫網格、進行數值仿真求解幾乎是他們必修的第一道技能。
對於很多浸淫多年的專家來說，關於仿真，他們卻總能扯出那麼幾段相愛相殺、愛恨交織的經典橋段。
伴隨著計算機運算能力的一再飛躍，對於此時今日的航空發動機行業來說，仿真分析將在研發過程中發揮越來越大的作用，已是不爭的趨勢。
而做好仿真，卻並不容易。
一是如何算準、如何分析、結果如何應用是一個持續而艱巨的課題。
另一方面，我們所使用的計算軟體工具本身長期依賴商業軟體，也是制約仿真整體水平提升的重要瓶頸。
可以說，在仿真領域，性能優越的軟體工具是做好仿真的前提和基礎條件。自成立之初，商發公司就將開發具有自主智慧財產權的大型數值分析程序列入重點計劃。
技術支持部的王工和他的同事們幾乎從零起步，用三年時間完成燃燒室大型仿真分析軟體的開發工作，取得多項技術突破，二季度商發人那些事第一期，我們就來談談關於他們的那些故事。
火，人類最早掌握的洪荒之力。
長期以來，無數人類智者反覆觀察、分析燃燒這一最熟悉不過的物理過程，構建了無數的數學物理模型與化學反應關係去模擬還原這一物理現象。
直到現代數值仿真技術與計算機的出現，人類第一次具備了同步求解上千萬個方程式的能力，才使得針對燃燒開展大規模的計算仿真成為可能。
從上世紀90年代起，國外商業仿真計算軟體逐步發展起來並佔據國內主流市場。
而在王工看來，如果我們的燃燒仿真分析不能依靠自主開發的軟體，將面臨一系列問題。
一是無原始碼，不能改動核心程序，因而不能在軟體中根據計算燃燒室內反應流所需要的功能進行針對性開發；
二是計算成本高，各類商業軟體價格非常高（單個序列號授權價格高達六位數乃至7位數），特別是由於單個CPU的計算能力有限，計算燃燒室內的反應流通常需要多個CPU並行計算，而通常購買商業軟體的費用是與使用的CPU的個數相關聯的，因此進行大規模計算的成本極其昂貴。
事實上，國外三大航空發動機主製造商長期以來在大型仿真分析程序開發方面投入巨大，且將這些自主開發軟體視為自身重要的「撒手鐧」之一。
而在航空發動機的大型仿真分析軟體中，燃燒分析軟體的開發又是挑戰最大的項目之一。
「燃燒過程涉及到流體力學、計算流體力學、傳熱學、兩相流和燃燒學等多學科耦合，比起單純的流體計算來說，無論是從機理複雜性上，還是從軟體開發本身，技術難度都要更大一些」，王工曾在國外從事大型仿真分析軟體的開發工作，對這一領域的難點、瓶頸如數家珍。
三年前，燃燒室仿真分析軟體開發項目正式立項，目標是建立具有自主智慧財產權的燃燒室全三維仿真分析軟體，從那時起，王工帶領團隊承擔起為國產商用航空發動機燃燒室設計提供「先進武器」的重任。
「這一軟體的開發將不止是提供一個工具，還可以促進國內先進燃燒技術的發展，滿足新一代高性能發動機研製的需要，大力發展燃燒室的計算機模擬技術，是非常必要的。」回首過去三年曆程，王工和同事們對這項工作意義的認識也在不斷深化。
三年悄然之間，軟體不斷升級，新版本即將於年底發布。
這一項目得到了上海市科委的重點支持，被列入重點科技創新攻關項目，到目前為止，軟體性能指標均已達到項目預期目標。
對於仿真分析來說，計算模型的準確度是核心問題，而這一塊，王工和同事們恰是幾乎從零基礎起步。過去三年，他們大量查閱國際上相關領域的研究成果，通過自主推倒、驗證，完成了多個燃燒模型、湍流模型和汙染物排放預測模型的開發工作，並實現多模塊的集成開發。
「很多模型，在文獻上只是一個概念或者最終的公式，具體在數學上是怎麼推倒出來的，以及算法怎麼去安排，我們都是從頭走完了一個推倒、嘗試、驗證的過程。」王工表示，這樣的過程走下來，對於技術人員從機理上理解燃燒過程、對於後期我們持續改進模型算法打下了很好的基礎。
軟體至今已經歷三個大版本的演進，過程中，燃燒室工程設計部門同步對軟體進行試用，開發團隊自身也開展了大量測試驗證工作。
「定性地說，我們已經達到與商業軟體相當接近的水平」王工如此評價三年以來的工作成果。
在某次排故工作中，利用該軟體對試驗過程進行非定常計算分析，分析結果較好地預測了故障位置，從機理上為故障原因排查提供了參考，這令開發團隊十分振奮。
「從項目初衷來看，是解決燃燒室部件設計在大型仿真分析軟體方面的有無問題，現在來看，我們在計算精度接近商業軟體的同時，已經在一些方面取得領先，當然，我們未來的發展空間更大。」
在王工看來，自主開發程序的優勢體現在兩個方面。
一是更有針對性。軟體開發團隊和作為需求方的工程部門緊密結合、「量身定製」，相比於通用性的商業程序，自主開發軟體顯然能做到更有針對性地定製功能。目前，一些商業程序無法實現的計算功能，已在軟體中得以應用。
二是可以搭建持續發展平臺。在王工看來，這一點尤其重要。「我們自己掌握了原始碼，就掌握了軟體持續發展的主動權，後續隨著我們技術水平的不斷提升和數據的積累，可以持續對我們的算法進行更新發展，持續校核提升我們的模型精度，持續拓展我們的軟體功能。」
在整個團隊的規劃中，使軟體達到工程應用水平只是第一步，最終目標是要為燃燒室的設計、研發和分析提供一個有力的輔助工具。
王工說：「這樣獨立開發一款大型仿真軟體的機會十分難得，這個過程鍛鍊了我們的隊伍，基本摸清了目前國際上在流體力學、計算流體力學、傳熱學、兩相流和燃燒學等方面的先進研究成果，軟體的綜合性能達到了預期效果，這為我們下一階段逐步打造更高性能的燃燒室仿真計算平臺提供了很好的基礎。」
王工說，從國外同行的發展歷程可以看出，其核心仿真軟體都經歷了多年、多次的更新換代，例如，某著名航空發動機企業的燃燒室分析軟體從1970年代開始發展，目前已經是第三代。
他談到在國外工作的經歷時說，國外仿真軟體的更新與基礎技術研究的發展是相輔相成的，企業在這個過程中更多的是扮演需求提出者的角色，而更多的基礎研究工作則交給數量眾多的科研機構來完成。
「以燃燒室仿真為例，很多燃燒模型都是大學和科研機構先提出、研究和驗證，當技術成熟度達到一定程度後，再上升到企業層面來進行集成驗證。這個過程中，企業的軟體開發人員本身也應該是這個領域的專家，可以從方向上對這些研究成果進行判斷把控。這樣的話，企業的核心軟體實際上就集成了學術界最先進的一些理論研究成果。」
「同時，歐美國家在這些機理性研究方面，和很多理論模型的驗證方面有持續性的資源投入，每年都要做大量的試驗，這些數據是支撐仿真準確性提升的重要基礎。」
談到下一步持續提升軟體綜合性能和我們的仿真能力，他認為應該從四個方面做好工作。
一是人才儲備。他說，這三年的工作培養了這隻團隊，大家在所負責的技術領域，都走過了從技術機理到程序實現的完整過程，這種經驗的積累是後續進行新模型、新功能拓展的基礎。但是從未來整個工作量來說，目前的人力資源仍然顯得捉襟見肘，此外，團隊未來還需要更多在並行計算、集成環境等軟體方面有特長的同事加入，逐步將軟體打磨成一款比較成熟的產品。
二是開展配套的驗證性試驗。王工認為這是很關鍵的一個方面，「工程模型總是會涉及到近似和假設，所以必須不斷校驗我們的模型」，仿真軟體的校正需要大量試驗數據的支撐，如果要應用新提出的理論模型，則應該開展相應的驗證性試驗。他坦言，這方面我們需要補的課還很多。
三是要按照「小核心，大協同」的模式，聯合國內外科研機構加強基礎技術研究。他認為，仿真技術的不斷發展是以基礎研究的不斷突破為前提的，企業軟體開發團隊千萬不能大包大攬，而是要梳理情況需求，建立必要的管控能力，團結一切優秀的研發資源，來為提高燃燒方面的分析水平共同努力。
四是要有整體規劃。一款大型仿真程序的開發本身就是一項系統工程，需要根據技術發展趨勢，從技術、人力、投入等多方面做好整體規劃，才能如國外同行那樣，有節奏地不斷提升水平。
談到長期以來仿真與試驗的關係問題，王工談了自己的體會，他認為應當建立科學的仿真結果分析機制，不要照單全收，也不要全盤否定。對於已經證明是比較準確的趨勢性結果，要積極應用，用於指導我們的產品設計；對於部分分析準確性還有待提升的數據，則要提出需求，積極開展研究，爭取早日補上這些短板。
自仿真分析手段進入工程領域以來，其快速迭代的特點將顯著縮短航空發動機研製周期，並同時降低整體的研製風險，而隨著仿真手段越來越多的替代試驗，研製成本也隨著大幅降低，在王工看來，堅持推進仿真能力建設，是公司核心能力建設的重要組成部分。
今年7月25日至26日，中國航發在京舉辦航空發動機仿真技術論壇，會議提出要高度重視仿真技術應用，下定決心，堅持走自主創新道路不動搖，堅持推進航空發動機仿真技術應用不動搖，堅持全國大協作不動搖，做好仿真能力建設規劃，加快推進數據資源共享、高性能計算能力建設和方針人才隊伍建設。
我們的仿真能力建設，春風撲面，正逢其時。
王工說，先進仿真水平的形成絕非一朝一夕之功可以實現，而是希望能夠下定決心，堅持投入，按照科學規律辦事，我們的水平提升就將一直在路上。