航空发动机是飞机的“心脏”,其可靠、稳定及安全运行对于确保飞行安全尤为重要,因此,发动机全寿命周期的测试、试验、状态监测成为发动机安全可靠运行的重要基础,因其功能结构复杂、运行工况多变、连续运行时内部环境极端恶劣以及传感器布置的局限等,发动机测试与状态监测的数据分析和深度应用成为工业互联网背景下的热点与挑战问题,对发动机的试验测试、运行维护等均具有重要的价值和意义。数字孪生技术以其多尺度、高保真的模型,全生命周期内的数据管理等特性能够实现在虚拟空间内同步反映发动机状态,且数字孪生软件以三维模型、虚拟现实等手段能够形象直观的展示发动机的试验与运行状态,因此,发动机数字孪生技术成为国内外发动机原始制造商、航空公司以及相关研究机构追逐的热点和前沿课题,获得广泛的关注。与此同时,考虑到发动机整个系统的复杂性与实现难度,而气路系统对发动机性能具有决定性的影响且呈现高度的机电力热耦合特性,因此,本文开展发动机气路系统数字孪生技术的研究与开发,以期能够通过技术探索与尝试为未来国产飞机发动机试验、民航客机发动机智能运维提供助力。本文对CFM56系列发动机的气路系统进行数字孪生的设计与开发,包括发动机气路系统数字孪生的总体方案、发动机气路系统多种模型构建与验证评估、数字孪生软件开发与验证三个主要部分。具体内容如下:(1)对CFM56发动机气路系统进行数字孪生的总体方案设计,分析发动机的气路参数,明确数字孪生功能,提出包括数字孪生模型和软件两部分构成的总体方案;(2)建立发动机数字孪生模型,通过机理模型进行基础的参数估计,通过机理模型与数据驱动模型的融合进行动态的参数估计,构建非线性拟合能力较强的深度学习数据驱动模型进行发动机动态监测参数的数预测,采用仿真数据进行模型验证;(3)开发发动机气路系统数字孪生,采用三维可视化建模环境实现发动机气路系统可视化模型,通过三维模型的动态运行和人机交互界面的开发,实现发动机模型与可视化软件的实时交互并呈现良好的用户人机接口。为了验证发动机气路系统数字孪生软件的可用性,通过仿真生成发动机运行监测数据,验证数字孪生模型对参数估计与状态预测的能力,并进行数字孪生软件三维呈现、人机交互等功能的测试与验证。结果表明所建立的数字孪生模型与发动机实际状态基本相符,所开发的数字孪生软件基本可用。