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基于NX/WAVE的大口径舰炮结构自顶向下设计方法

2017/9/30    来源:互联网    作者:姚忠  夏方超      
关键字:大口径舰炮  自顶向下  NX/WAVE  骨架模型  结构设计  
针对大口径舰炮结构特点,将自顶向下设计方法应用于大口径舰炮的结构设计中。按大口径舰炮弹药装填路径和扬供弹方式的不同,对大口径舰炮进行了类别划分。以复合装填大口径舰炮为设计实例,进行大口径舰炮结构自顶向下设计研究。建立了某复合装填大口径舰炮的顶层骨架模型和参数化实体模型。该设计方法能够有效实现大口径舰炮定量化、参数化设计,对提高火炮工程设计效率有一定的参考价值。

    大口径舰炮是水面舰艇遂行对岸火力支持和对海精确打击任务的主要装备。在大口径舰炮结构设计中,传统设计方法仅将总体参数作为总体结构和部件设计的参考依据,设计效率低。大口径舰炮总体结构、零部件模块划分清晰,采用自顶向下的设计方法,有利于实现总体参数对舰炮总体结构和零部件的全过程参数化设计,对提高火炮工程设计效率有一定的参考价值。

1 自顶向下设计方法

    自顶向下设计是一种通过建立顶层设计规划,并将该规划逐级向下传递,作为下级设计准则的设计方法。该方法通过定义总体与部件间的相互关联参数,可实现总体与部件、部件与部件的参数关联。在大口径舰炮结构设计中,采用自顶向下设计方法,首先应明确舰炮总体与部件间的结构参数、配合约束和接口关系,然后采用骨架模型来描述总体方案中的总体与部件、部件与部件间的构成关系。在整个设计过程中,通过这种关系在各级部件或零件中的传递,构建了所有零部件与总体的根本联系,反映了部件装配关系和接口关系。自顶向下设计方法更符合现代舰炮的设计流程和设计师的思维过程,便于实现多模块的协调设计,提高大口径舰炮设计质量和设计效率。

2 UG/WAVE和骨架模型

2.1 UG/WAVE技术

    WAVE(What if Alternative Value Engineering)是NX中实现自顶向下设计的重要工具,其采用关联性复制几何体的方法来控制总体结构,提供了设计中所需要的自顶向下设计环境。在WAVE设计环境中,须首先明确影响驱动变化的总体变量,部件的设计与这些变量相关,总体变量的更改将自动更新相关的部件结构。总体变量既可以是数值变量,也可以是一条样条曲线或空间曲面的广义几何变量,无论数值变化还是形状变化都将自动根据WAVE 的控制传递到相关的子部件和零件设计中去,并贯穿于从总体设计到详细设计的每个阶段。

2.2 骨架模型

    在设计的最初阶段,按照最基本功能和设计要求,在设计顶层构筑一个顶层基本骨架称之为骨架模型。骨架模型主要包括:基准点、基准轴、基准面、空间点、空间线、空间面或者是产品的点、轮廓线及轮廓面。骨架模型作为产品设计的三维空间规划,可用来描述部件空间需求、重要的安装位置或运动,也可用来在模块间共享设计信息。

    骨架模型增强了零部件在装配体中的相互关联性和依赖性,适合大型装配设计的管理,整个产品的设计及其更改都可以通过顶层装配的骨架模型进行控制。在设计过程中,子部件模型遵循大组件所赋予的设计空间和限制,由上往下层层负责,全面关联,实现骨架模型的自顶向下结构控制。

3 大口径舰炮类别划分

    目前大口径舰炮主要是按口径划分,该划分方法并不能准确反映舰炮结构原理差异。进行大口径舰炮自顶向下设计,首先应对大口径舰炮进行合理的类别划分。按大口径舰炮弹药装填路径和扬供弹方式的划分,可准确反映大口径舰炮的结构差异,有利于自顶向下设计,提高设计效率。笔者按大口径舰炮弹药装填路径和扬供弹方式的不同将大口径舰炮进行了划分,如图1所示。笔者仅对复合装填大口径舰炮设计方法进行实例研究,其他结构原理舰炮设计方法类似。

    1

4 复合装填大口径舰炮自顶向下设计

4.1 模块划分

    模块划分明确了复合装填大口径舰炮总体结构组成,确定了各组成部件的参数和基准。复合装填大口径舰炮模块划分如图2所示,并以此为基础构建舰炮总体拓扑关系。

    2

4.2 拓扑关系

    顶层骨架模型中所包含的设计信息将通过NX/WAVE 技术按照划分好的模块传递到部件层和子部件层,以进行下一级的零部件设计。图3为复合装填大口径舰炮的拓扑关系图,图中给出了大口径舰炮顶层骨架模型和部件、子部件骨架模型间的拓扑关系。当顶层骨架模型不能满足部件、子部件的建模需求时,下层件骨架模型可在顶层骨架模型的基础上进行基准增加,但无权更改上层骨架模型中的基准。

    3

4.3 总体基准框架建立

    总体基准是建立顶层骨架模型的基础,根据复合装填大口径舰炮的总体设计方案,确定其总体基准如表1所示。

    表1 总体基准表

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    由确定的总体基准可建立起复合装填大口径舰炮的总体基准框架,如图4所示。

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责任编辑:张纯子
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