三维数字化工艺设计中的关键问题及其研究

根据复杂结构产品研制对数字化制造技术的需求,提出了基于三维模型的数字化工艺设计方法及其三维应用模式,阐述和分析了三维数字化工艺设计的内涵、研究现状及存在问题。对实现三维数字化工艺设计的三个关键问题进行了研究与分析。以三维工艺模型为基础的三维数字化工艺设计方法在复杂结构产品的研制中发挥着重要作用,是提高工艺设计水平,缩短研制周期的有效途径之一。     

液体火箭发动机三维数字化协同设计研究

为了创新液体火箭发动机研制模式,提高数字化设计与制造水平,某液体火箭发动机研制采用了三维数字化协同设计模式.采用自顶向下设计模式和多层骨架方案,建立了发动机骨架模型,实现了无纸化接口协调;基于模型定义技术,将设计、工艺、材料和制造等相关信息全部包含在三维模型中,用三维模型完全取代了传统设计模式中的二维图纸;通过建立IPT开展协同设计,工艺人员并行介入产品设计流程,提前了解产品结构、开展工装设计和工艺模型设计.研究结果表明三维数字化协同设计可显著提高发动机研制效率,缩短研制周期,并为三维数字化制造奠定了坚实基础.     

面向制造的复杂光学遥感器全三维设计

文章以数字化技术为依托,针对复杂空间光学遥感器传统研制模式存在的具体问题,利用基于模型的设计制造信息化技术,介绍了一种面向制造的光学遥感器三维数字化设计方法,通过对三维设计软件定制开发,搭建了一套用于光学遥感器数字化设计的系统。文章详细地介绍了遥感器数字化设计的具体流程和数字化模型体系,规定了光学、结构、热控、总体等多专业数字化接口定义原则及数字化设计的分工。经型号应用验证表明:使用面向光学遥感器的全三维的数字化设计系统可以有效提升光学遥感器研制效率。该方法是复杂光学遥感器研制能力提升的一个重要手段。     

航天产品实施MBD的途径与任务

阐述航天产品实现三维模型上实现全数字化产品定义(MBD)的途径,对MBD在标准化方面取得的成果和未来面临的工作任务作了说明。     

三维模型质量检查系统的研究与实践

随着MBD技术的应用,三维模型成为产品信息表达的唯一源头、设计制造信息传递的唯一载体、生产制造的唯一依据,其质量日益重要。针对液体火箭发动机三维模型质量人工检查存在的问题,依据发动机设计、工艺、制造规范以及CAD/CAM数据质量检查方面的标准,研究并开发了三维模型质量检查系统,并在液体火箭发动机研制过程中进行了应用,实现了三维模型质量的高效、快速检查,减少由于三维模型质量问题引起的设计反复,促进了发动机三维模型设计质量的提升,确保三维模型满足后续智能制造要求,缩短产品的研制周期。     

MBD技术在航天器研制中的应用探讨

概述了基于模型的定义(Model-based Definition,MBD)技术的研究和发展,分析了以MBD为载体的特征演化过程,作为航天器设计-制造一体化协同实现的基础。从MBD在航天器研制中的应用需求出发,构建了MBD协同平台框架,探讨了MBD模型成熟度管理的协同设计方法,提出了应用MBD研制模式所面临的技术、管理等问题,并给出了相应的建议。     

MBD公差设计国际标准分析与航天产品应用展望

从分析工程设计载体的演变过程出发,引入MBD (基于模型的定义)数字化制造下的产品研制流程;从几何尺寸与公差(GDT)、技术数据包(TPD)、产品数据表达与交换(PDRE)等3个方面,解析MBD标准体系的构成;从MBD标准体系的推广历程、在单一企业以及供应链网络中的应用情况等方面研究MBD标准体系的应用现状;分析航天企业应用MBD技术的现状,提出在面向设计功能与制造能力的航天产品GPS几何公差标注方法、面向制造场景的PMI (产品制造信息)信息分包方法、面向数据跨组织自动交互的PMI数据表达方法和基于MBSE的数字化研制流程等4个方面践行MBD技术的展望。     

基于MB D数字化制造技术的应用介绍与问题探讨?

在引入 MBD数字化技术概念基础之上，分析了 MBD技术的特征，并将 MBD技术与传统设计制造模式进行对比，说明了传统工程图样缺点以及 MBD技术所具有的优势，以及 MBD技术的应用现状、MBD技术在我国全面实施所面临的困难与挑战。     

液体火箭发动机协同设计平台关键技术

针对液体火箭发动机协同设计工程实际需求,围绕研制数据高效流转与协同,面向产品全生命周期跨地域、跨专业特点,提出了协同设计平台框架。针对协同平台中的5项关键技术,给出了相应解决途径。基于PLM系统构建协同环境,建立统一编码,整合研制过程中的标准件、原材料等共性基础数据;通过基于MBD的三维结构设计,采用MBSE理念,以模型为载体升级发动机设计流程;采用线上IPT模式提升产品设计效率,同时实现全过程数据记录知识累积。采用BOM结构组织和展示不同设计阶段形成的数据;基于Hadoop平台分布式数据存储模式,实现结构化和非结构化数据综合管理。通过工程实践验证表明,构建的协同平台实现了基于数字化模型的设计工艺定制化协同,科研生产全过程的信息整合和多维度监控,促进了业务流程持续优化和研制效率不断提升,支撑发动机研制模式的转型升级。     

航天器三维协同研制标准体系研究

三维协同研制具有可视化、精确性的特点,是数字化研制的一项重要工作,数字化技术应用标准化是三维协同研制模式推行的基本保证。通过分析产品数字化研制标准体系的现状,基于航天器三维协同数字化研制全流程,构建航天器三维协同研制的数字化标准框架和标准体系,逐条梳理标准体系下的标准细目。文章介绍三维协同数字化标准现状,提出航天器三维协同标准体系框架、体系及其标准组成。     

Building components for an outpost on the Lunar soil by means of a novel 3D printing technology

3D-printing technologies are receiving an always increasing attention in architecture, due to their potential use for direct construction of buildings and other complex structures, also of considerable dimensions, with virtually any shape. Some of these technologies rely on an agglomeration process of inert materials, e.g. sand, through a special binding liquid and this capability is of interest for the space community for its potential application to space exploration. In fact, it opens the possibility for exploiting in-situ resources for the construction of buildings in harsh spatial environments. The paper presents the results of a study aimed at assessing the concept of 3D printing technology for building habitats on the Moon using lunar soil, also called regolith. A particular patented 3D-printing technology – D-shape – has been applied, which is, among the existing rapid prototyping systems, the closest to achieving full scale construction of buildings and the physical and chemical characteristics of lunar regolith and terrestrial regolith simulants have been assessed with respect to the working principles of such technology. A novel lunar regolith simulant has also been developed, which almost exactly reproduces the characteristics of the JSC-1A simulant produced in the US. Moreover, tests in air and in vacuum have been performed to demonstrate the occurrence of the reticulation reaction with the regolith simulant. The vacuum tests also showed that evaporation or freezing of the binding liquid can be prevented through a proper injection method. The general requirements of a Moon outpost have been specified, and a preliminary design of the habitat has been developed. Based on such design, a section of the outpost wall has been selected and manufactured at full scale using the D-shape printer and regolith simulant. Test pieces have also been manufactured and their mechanical properties have been assessed.     

可再充填启动篮表面张力推进剂管理装置设计及试验研究

对启动篮表面张力推进剂管理装置工作原理进行了说明,建立了可再充填启动篮再充填过程仿真模型,根据仿真结果对影响启动篮再充填的各种因素进行了分析.加工原理性试验件进行了静态充填试验和动态充填试验,试验结果和仿真结果基本一致,验证了计算模型的正确性.初步掌握了可再充填启动篮表面张力推进剂管理装置设计、加工和地面试验技术.     

激光刻蚀技术及其在航天器天线制造中的应用

以可实现频率复用、高灵敏度和低噪声的航天器先进固面天线反射器(极化和频率敏感反射器等)为例,主要介绍了利用镀膜/激光刻蚀技术进行反射器表面高精度金属薄膜图形制作过程中的关键技术问题和解决措施,同时简要介绍了已尝试过的三维曲面高精度薄膜图形制作技术和激光刻蚀技术的现状和发展方向。     

三维多向编织复合材料压缩性能的试验研究

采用短标距薄板试件法对三维五向和六向编织复合材料试件进行了压缩试验。该方法可以避免试件产生整体屈曲和端部纤维束开裂破坏,适用于三维编织复合材料的压缩试验。同时,在试验的基础上,分析了该类材料的纵向压缩刚度、压缩强度和泊松比随编织工艺参数的变化规律以及材料的失效形式。三维五向和六向编织复合材料在破坏前基本保持线弹性,纵向压缩破坏具有脆性特征。编织角的增大导致了材料纵向压缩性能下降。减小四向编织纱线的细度,有利于提高材料的纵向压缩性能。此外,三维六向编织复合材料的纵向压缩性能低于三维五向编织复合材料。     

面向3D打印的设计制造一体化探索

紧密围绕航天结构未来发展需求，以增材制造复杂产品研发为研究对象，对实现设计制造一体化的技术路线和关键技术进行分析。把设计、仿真和制造有机统一起来，把工艺设计纳入结构设计流程，通过仿真驱动设计来提高产品质量、降低制造成本。研究成果可应用于航天领域增材制造产品研发，对传统设计制造模式向智能制造转型具有积极探索意义。     

小孔径三维扭曲弯管高温合金精密铸造工艺研究

发动机上小孔径三维扭曲弯管的机械加工、焊接、弯管机弯曲成型都无法实现，因此提出采用精密铸造技术研制K4202合金小孔径三维扭曲弯管的方法。结果表明，通过快速成型技术制造蜡模且采用特定的浇注工艺，浇注出的铸件质量满足设计和使用要求。     

3D打印与机械加工喷嘴的雾化特性对比研究

为清楚阐明3D打印技术是否可应用于加工火箭发动机的关键部件——喷嘴,及加工方式会对推进剂的流动雾化产生何种影响,对相同结构的机械加工喷嘴与3D打印喷嘴的喷雾特性进行了冷态试验对比研究。基于背景光成像技术采用高速相机获得瞬态的喷雾图像,以及激光散射技术采用马尔文测量液滴粒径尺寸分布。研究发现:机械加工喷嘴同轴度普遍较差,喷嘴重复性较低,喷雾存在偏斜、分散等喷雾空间分布不均问题;3D打印喷嘴表面粗糙度较高,使得喷嘴流量系数比设计值低3%左右;在喷嘴同轴度较好的前提下,加工方式对雾化锥角及雾化粒径影响较小。     

同心筒发射的集中参数模型及应用

导弹在同心筒结构中的发射涉及复杂的燃气流动和多种载荷共同作用。为了从理论上分析发射筒结构、发动机参数等设计变量与发射弹道特性之间的关联关系,对同心筒结构中的燃气流动特征进行了深入分析。在此基础上,结合燃气流动各区域的典型特征、气体流动基本方程、弹体动力学方程和水下气泡运动方程,建立可用于大气和水下环境的同心筒发射数值分析集中参数模型。利用该模型进行的示例分析表明,集中参数模型反映了同心筒发射过程中的燃气流动特性,能便捷方便地分析多种设计参数与发射弹道之间的相互关系,可为同心筒发射装置的方案设计和理论分析提供依据。     

一种复杂曲面型遮光罩的成型技术

随着空间遥感技术的发展,遮光罩的结构形式也变得更加复杂和多样化。百叶罩是近年来出现的一种复杂曲面型空间遥感器遮光罩。在方案阶段,曾采用传统的金属材料制造百叶罩,但存在机械加工困难、尺寸精度低、振动试验受损等一系列技术问题。文章介绍了一种芳纶纤维增强树脂基复合材料百叶罩的成型技术,重点对材料选择、工艺方案、模具设计、铺叠方法等内容进行了讨论。研究结果表明：基于周向抱合式组合模具,采用一体化成型方法,能够实现类似复杂曲面型遮光罩的精密成型,产品具有较高的尺寸精度及力学性能,并满足空间遥感器系统的使用要求。     

空间失稳目标线阵成像畸变分析与三维重建

针对线阵扫描型激光雷达在非合作失稳航天器三维模型重建过程中，存在运动目标线扫数据畸变且目标因失稳导致运动特性难以准确估计问题，提出一种带畸变自修正式三维重建方法，并进行畸变容忍度临界值分析。该方法基于测量系统的角精度与测距精度设计畸变容忍度临界值判定条件，首先根据实际工况与判定条件进行比对，判定是否对线扫数据进行初始畸变恢复；其次，对相邻扫描带畸变点云依次进行配准获取目标运动增量、解算目标瞬时运动参数；然后对目标运动参数进行自修正式处理，去除特征突变点干扰；同时依次恢复点云到初始几何位置，完成初始目标三维重建；最后，通过系统进一步迭代，位姿增量自收敛直至最终满足重建精度要求。仿真结果表明，该方法在缺失非合作目标先验信息的情况下，能够有效避免因线扫描导致的畸变问题，并较为快速地实现满足精度要求的目标三维重建，有较强的鲁棒性。