基于特征参数化方法的异构CAD卫星三维协同布局设计

针对卫星异构CAD间的基于模型的定义(Model Based Definition,MBD)三维模型批量转换和协同布局设计过程中存在的信息丢失、效率较低等问题,文章提出一种应用特征参数化方法的三维模型转换方法,对MBD三维模型的几何特征与非几何特征进行结构化、参数化,通过可扩展标记语言(Extensible Markup Language,XML)技术实现参数数据的跨CAD系统转换。同时,基于此方法,对三维模型的位置、旋转角度等布局特征进行参数化表达,通过XML表单共享布局数据,驱动不同CAD系统内自动创建布局模型,避免了跨CAD系统的复杂装配模型的频繁互相转换。基于二次开发,实现了上述方法的自动化,并应用于实际卫星研制中,验证了方法的可行性和有效性,此方法可为各类异构CAD系统间三维模型转换提供参考。     

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。     

基于Pro/E的参数化驱动固体发动机模装设计

为实现参数化驱动的固体火箭发动机结构设计、零件装配及其与平行层燃面退移的一体化集成，以Pro/E族表技术为核心，利用WinForm框架和XML等技术，提出了实现固体火箭发动机结构参数化模装设计和整机自动化装配的技术途径，实现了发动机各零部件三维模型的参数化驱动及发动机整机的自动化装配，实现了复杂三维药柱退移过程中的拓扑结构变化。该研究开发完成固体火箭发动机结构参数化模装设计软件系统，系统中包含29个发动机零件，通过灵活设定结构参数，可自动化构建多达720种不同结构形式的发动机结构实体模型，实现平行层燃面退移，得到发动机工作过程中的动态结构质量特性，同时计算出发动机的内弹道性能，并且具有可扩展性。该技术能够为进一步研究固体火箭发动机的设计、仿真、优化的一体化系统奠定基础。     

采用MBD技术的液体火箭发动机三维模型设计

采用MBD(Model Based Definition)技术,以Pro/E和Intralink为协同设计平台,首次实现了液体火箭发动机的全三维数字化模型设计。通过将设计、工艺、材料和制造等相关信息包含在三维模型中,并将三维模型电子分发下厂,实现了用MBD模型完全取代传统研制模式中的二维图纸;同时基于MBD模型实现了三维仿真和装配过程分析,减少了方案反复。结果表明采用MBD技术的三维模型设计可显著提高产品研制效率,并为三维数字化制造奠定了坚实基础。     

基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真与试验验证

为提高卫星桁架结构设计过程的仿真建模质量,优化仿真过程对三维模型信息的利用方式和效率,文章提出一种基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真方法,并给出分别采用梁单元和壳单元建模的路径及软件界面。将该方法应用于某卫星结构的仿真建模,得到了三维有限元模型模态分析数据,其与力学试验数据的对比结果表明:横向模态分析与试验误差最大,为6.07%;各方向误差均满足指标要求。基于CAD三维模型几何特征简化处理的卫星桁架结构快速建模仿真方法合理可行,建模过程便捷、高效,数据可信。     

基于公理化设计的装配尺寸链生成方法

为了提高产品结构的稳健性,在结构设计初期引入公理化设计思想和功能分析方法,提出功能结构模型的概念。采用基于功能结构模型的装配尺寸链生成方法开发出相应的计算模块,快速得到产品的装配尺寸链信息,并分析产品结构的稳健性。通过分析得知,装配尺寸链数目和装配尺寸链组成环数目越少,结构设计的稳健性越好。     

发动机组合件试车架数字化设计方法

为了适应液体火箭发动机组合件试车振动与脉冲载荷大、空间尺寸变化大、试验参数调整幅度大及热环境复杂等特点,组合件的试车架需要在复杂力热环境下具备快速调整能力,提出了一种发动机组合件试车架的数字化设计方法,该方法包括了虚拟装配与三维设计、模块化组件设计,可靠性设计及优化设计等内容。利用Pro-E三维建模实现了虚拟装配,确保支撑结构的合理可靠;模块化设计方法的应用提高了设计效率与结构快速适应性;结构强度计算应用有限元静态仿真及模态分析方法,解决了快速脉冲及振动载荷环境下的可靠性设计;通过一维搜索优化设计方法,解决了热管道支撑结构的优化设计。该方法已应用于液体火箭发动机某滚控装置的试车架设计中,同时为类似形式组合件试验试车架设计提供了参考。     

基于参数化CAD模型的飞行器气动／隐身一体化设计

提出一种将CAD软件与气动／隐身多学科设计优化相结合的方法。该方法的流程为：(1) 建立外形参数化数学模型;(2) 应用CATIA二次开发技术,自动生成三维CAD模型;(3) 从该模型上提取气动和隐身计算所需的外形数据;(4) 应用多目标优化算法进行气动／隐身一体化设计。以一个翼身融合体飞行器气动／隐身一体化设计为例,详细阐述流程的具体实现过程。结果表明这种方法具有如下优点：(1) 充分利用了CAD软件精确的参数化建模功能;(2) 为气动分析和雷达散射截面（RCS）计算提供了一个统一的外形模型;(3) 能从CAD模型中获取容积、表面面积等几何特征信息;(4) 优化结果直接反映为三维CAD模型。这些优点使得该方法具有实用意义。
     

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。     

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.     

星载T/R组件自动组装关键工艺研究

随着相控阵天线在航天领域的应用,对星载T/R组件轻量化、幅相一致性和可靠性的要求越来越高,而传统手工组装效率相对较低,且难以满足一致性的要求,为此,基于数字化制造开发了微组装生产线自动组装技术,通过研究自动化组装设计工艺性要求,突破自动贴装和自动键合的关键技术,实现了星载T/R组件的精密自动组装.经过生产验证,自动组装的T/R组件免调试,满足性能一致性要求,产品组装效率显著提高,为星载微波产品数字化制造提供了技术基础.     

某固体火箭发动机药柱温度场有限元分析

为探索环境温度变化条件下固体火箭发动机药柱温度场的一种简单而有效的技术途径,利用有限元传热分析法,对某固体火箭发动机在温度循环条件下的燃烧室药柱温度场进行了研究。针对不同的药柱结构分别建立了二维和三维传热模型,通过对比计算值与试验测试值可知,与三维模型相比,二维传热计算方法可提高药柱温度场的计算效率,且计算结果与试验测试值吻合度较高,可满足试验预测要求。因此在工程分析中,为快速得到有效的分析结果,可采用二维传热模型分析发动机药柱温度场,其中二维无翼槽模型适于模拟药柱远离翼槽部位的温度场,二维有翼槽模型适于模拟药柱翼槽部位的温度场。     

Ka天线研制中CAD与坐标测量技术的集成应用

以Ka频段卫星高精度抛物面天线在国内首次成功研制为例,介绍了一种基于三维CAD的坐标检测集成应用的新技术。该技术基于三维模型,通过理顺软件间的接口关系,建立了UG软件、MeasureMAX测量软件以及三坐标测量机（CMM）的集成系统,实现了抛物面形面精度评估、多坐标转换和三维点云数据共享等目标,解决了高精度抛物面天线加工、装配、检测等技术难题。     

基于三维CAD的坐标检测集成应用技术

以Ka频段卫星高精度抛物面天线在国内首次成功研制为例,介绍了一种基于三维CAD的坐标检测集成应用的新技术。该技术基于三维模型,通过理顺软件间的接口关系,建立了UG软件、MeasureMAX测量软件以及三坐标测量机(CMM)的集成系统,实现了抛物面形面精度评估、多坐标转换和三维点云数据共享等目标,解决了高精度抛物面天线加工、装配、检测等技术难题。     

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。     

三维角联锁结构复合材料等效弹性性能有限元分析

在复合材料承载时变形协调的前提下,采用CAD软件绘制三维织物单元体几何模型,然后导入结构分析有限元软件包,对工程中常用的带衬经三维角联锁结构复合材料的弹性性能进行分析,并将0°和90°方向弹性性能预测值及实验值与取向平均法预测值进行比较。结果表明,采用的有限元方法所得预测值及实验值与取向平均法预测值之间具有很好的一致性。     

应用SolidWorks的焊件功能实现对空间环境模拟器热沉的快速建模

热沉是空间环境模拟设备的重要组成部分,其主要功能是实现冷黑环境模拟。由于热沉的独特结构,传统的从零件到装配体的热沉三维建模过程繁琐且效率低下。文章介绍应用SolidWorks三维设计软件的焊件功能实现对热沉的快速建模方法。通过某环模设备热沉的建模过程,详细描述了这种快速建模方法的步骤及要点。     

燃料喷注位置对于RBCC超燃模态性能的影响

为实现二元结构火箭基组合循环(RBCC)发动机在超燃模态下较优的工作性能,开展了数值模拟研究。使用二阶TVD格式差分算法,结合十二步乙烯简化动力学模型,分析了RBCC超燃模态下的冷热态流场,评定燃料喷注位置对发动机性能的影响。数值模拟结果表明,支板火箭关闭情况下,乙烯燃料RBCC发动机可在流道内组织燃烧、建立室压;将燃料在支板与凹腔中间靠上游位置喷注,可获得较好的发动机总体性能,此时发动机内推力增益可达9%以上;支板火箭底部的高温低速回流区有助于维持燃料高效燃烧释热。     

固体发动机虚拟剖切故障诊断技术研究

对由固体发动机工业CT断层图像构成的体数据重建出的三维模型进行虚拟剖切,可方便地看到其内部的组成、结构,便于检测人员观察和判断内部故障的种类和性质。首先,针对固体发动机体数据场中体素的特点,将体数据场的分割结果和分层体数据结构结合,改进了现有的光线投射加速体绘制方法,实现了三维模型的快速体绘制;在此基础上,将人机交互技术应用到虚拟剖切算法中,实现三维模型任意位置、任意角度的平面剖切和体剖切;最后,设计出基于特征点拾取的空间参数测量方法,实现剖切后发动机结构空间距离、角度和体积的精确测量。通过与模拟发动机实验对比验证,结果表明,检测的空间参数信息和实际参数值误差在4%以内,具有较高的检测精度。     

卫星故障诊断系统智能研制技术研究

为解决卫星故障诊断系统研制周期长、重复性工作量大的缺点,针对基于平行系统和数字卫星概念设计的卫星故障诊断系统,提出一种智能研制技术。建立包含参数、接口、原理模型、误差模型、故障模型和三维模型的数字部件库,利用数字装配技术实现对卫星的规范化描述,基于逻辑维分形结构将源代码书写规范分为确定性规则、有限规则和推理规则,采用机器学习的方法完成源代码书写规则的推理和实施,实现包括子系统部件、姿轨控软件、星务软件、耦合场计算、其他文件和地面测控系统等的数字卫星、遥测遥控系统与配套工具的源代码自动书写、编译及部署。针对多颗卫星进行故障诊断系统研制,系统运行结果表明了智能研制技术在提高系统研制效率方面的可行性和有效性。