半穿甲战斗部CAD系统研究

    0引言
   
    半穿甲战斗部SAPW(Semi-Armor-Piercing Warheada主要用于打击敌大、中型海面舰船和有防护装甲的目标，是海、空军的重要作战武器，它既具有一定的穿甲能力，又具有一定的爆破威力，由于其独特的性能特点，现已经得到了广泛的研究和应用。专业领域的CAD系统是开发商的盲区，由于其专业设计知识不足，很难投入力量与用户合作进行这类专业设计软件的开发。因此，企业自己组织人力，有计划地开发专业CAD系统，是保证该领域技术发展的重要途径。专业CAD系统融入了该领域的专业知识，不仅能够指导该领域的设计，而且也是该领域知识的集成、管理和应用的一种有效手段。如在战斗部设计领域内，德国的Split X破片战斗部CAD系统，就是一个基于AI技术的破片战斗部设计专家系统。本文基于半穿甲战斗部设计技术和经验，分析了半穿甲战斗部CAD系统的设计与实现，重点分析了系统研究中的关键技术，如系统数据库、可视化和VRML中间件实现等，并给出了CAD的应用示例。
   
    1系统设计
   
    CAD系统基于成熟的设计方法和设计案例，利用参数化设计思想，完成战斗部的快速建模、模型可视化，并对战斗部模型进行性能评估、特征参数的提取，验证战斗部是否满足设计要求，然后进行试验设计与分析，最终考核战斗部的性能。
   
    1.1系统总体框架
   
    根据CAD系统所需完成的功能，系统主要包括结构设计模块、性能评估模块、特征参数计算模块、试验设计分析模块、有限元接口模块和后处理模块。其中结构设计模块主要基于半穿甲战斗部结构参数化模型，完成战斗部的结构设计.性能评估模块完成半穿甲战斗部侵彻能力、爆炸威力、炸药安定性等性能参数的评估。特征参数模块主要根据战斗部数字化模型，获取战斗部的特征参数。数据接口模块主要完成CAD系统与通用CAE和CAD软件的数据交换;试验设计/分析模块主要完成根据设计验证要求，完成试验设计，并根据试验结果分析调整结构设计，后处理模块完成战斗部结构可视化、性能数据及设计图形/参数保存等功能，系统的总体框架见图1。
   

    1.2系统功能分析
   
    基于半穿甲战斗部CAD设计技术，完成CAD系统的功能分析。采用IDEFO(ICAM DEFinition Method)方法进行系统功能分析，IDEFO是设计、制造系统静态功能定义的系统化方法，它所产生的功能模型，结构化地描述了设计、制造系统的功能、信息流的传输及与功能关联的对象。整个系统的功能分析完成几十张功能分析图的建立，其中图2是系统总体功能分析图。
   

    通过系统功能分析，主要达到以下目的。
   
    (1}全面地描述半穿甲战斗部CAD系统，通过建立功能模型来完善CAD系统，
   
    (2)对系统中要求解决的设计、评估等问题建立一系列模型CAD系统就是由表达方式不同的许多类型来表示，从而得到系统的完整视图。
   
    功能分析图适用于半穿甲战斗部CAD系统全生命周期的各项工作，在降低开发成本、减少系统错误、促进交流的一致性及加强管理等方面都起着重要的作用。
   

    1.3系统软件结构
   
    采用三层结构和中间件技术建立系统的软件结构，系统的软件结构见图3。应用逻辑层在访问数据库时，不是直接与数据库进行访问，而是通过封装的数据访问中间件来实现，这样一方面提高程序的可维护性，应用逻辑层的各个模块可以并行开发，也可以选择各自最适合的开发语言，另一方面利于变更和维护应用技术规范，并可以进行严密的安全管理。显示中间件利用离散面元方法和OpenGL技术，完成设计/评枯结果的可视化的封装，后处理模块通过显示中间件实现设计图形的三维显示，并实现可视化图形的保存和打印，图形的显示方式〔实体、网格)，图形操作(放大、缩小、平移和旋转等功能〕，接口中间件实现系统与通用CAD和CAE软件的数据共享。通过VRNB.技术实现图形数据的保存和读取。