基于結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)的飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)快速建模

馮昊成 羅明強(qiáng) 劉 虎 武 哲

(北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京100191)

飛機(jī)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)涉及多學(xué)科的復(fù)雜工程，相對(duì)于嚴(yán)謹(jǐn)縝密的理論科學(xué)而言，飛機(jī)設(shè)計(jì)更是多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用與權(quán)衡，更需要有大量的經(jīng)驗(yàn)和積累數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)［1］.飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析是飛機(jī)設(shè)計(jì)的主要工作之一，在飛機(jī)研制中占有非常重要的地位.根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始條件與基本設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用已有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，提出合理的設(shè)計(jì)方案以及進(jìn)行具體的部件和零構(gòu)件設(shè)計(jì)［2］是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.因而如何實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)知識(shí)的積累與復(fù)用對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)而言是一項(xiàng)重要的課題，實(shí)例庫(kù)的組織和建立便是其中一種有效的途徑.在這方面國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的知識(shí)庫(kù)、實(shí)例庫(kù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)［3－7］，相比之下我國(guó)尚缺乏相應(yīng)的結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)系統(tǒng).

現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)布置與建模往往作為專業(yè)問(wèn)題在初步或詳細(xì)設(shè)計(jì)階段予以考慮，其模型的構(gòu)建是一項(xiàng)技術(shù)含量極高而又復(fù)雜繁瑣的工作，由于建模方法的多樣性和不規(guī)范性，在外形變化之后，結(jié)構(gòu)模型的調(diào)整將變得異常困難，從很大程度上影響了飛機(jī)的設(shè)計(jì)效率.因此，有必要在總體設(shè)計(jì)前期引入機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模的考慮，建立一套規(guī)范化的結(jié)構(gòu)模型快速設(shè)計(jì)手段，從而為強(qiáng)度、重量、氣動(dòng)彈性等各項(xiàng)分析提供更為準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)，也為后續(xù)的結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析奠定基礎(chǔ).隨著信息與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助飛機(jī)概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)得到了大量的研究與應(yīng)用［8－12］，但多數(shù)飛機(jī)概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)并未將機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)納入考慮范疇，很難滿足現(xiàn)代飛機(jī)在方案階段結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)的需求.

從以上需求出發(fā)，本文研究了面向?qū)ο蟮膮?shù)化飛機(jī)結(jié)構(gòu)件實(shí)例描述方法，提出了飛機(jī)結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)的總體框架和實(shí)現(xiàn)方式，建立了系統(tǒng)原型.提出了飛機(jī)方案設(shè)計(jì)階段機(jī)體結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模方法，利用北京航空航天大學(xué)自主研發(fā)的開(kāi)放式飛機(jī)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)OpenCADS(Open Conceptual Aircraft Design System)［13］實(shí)現(xiàn)了基于結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)的飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì).

1 結(jié)構(gòu)件實(shí)例參數(shù)化描述方法

建立結(jié)構(gòu)件實(shí)例的參數(shù)化描述是構(gòu)建飛機(jī)結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)的前提與基礎(chǔ)，以下從實(shí)例參數(shù)化描述應(yīng)滿足的要求和根據(jù)此要求所提出的描述方法兩方面進(jìn)行論述.

1.1 實(shí)例描述方法應(yīng)滿足的要求

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件是構(gòu)成飛機(jī)機(jī)體骨架和氣動(dòng)外形，能承受和傳遞載荷的受力構(gòu)件，包括框、梁、壁板等多種類型［14］.在具有對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件這一研究對(duì)象唯一、完整、確定的參數(shù)化描述后，后續(xù)的各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析工作才能夠順利有效地進(jìn)行和完成.

參數(shù)化的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件實(shí)例描述方法應(yīng)滿足以下要求:

1)結(jié)構(gòu)件實(shí)例的參數(shù)化描述應(yīng)包括結(jié)構(gòu)件的完整幾何和非幾何屬性數(shù)據(jù).結(jié)構(gòu)件的幾何屬性包括定位參數(shù)(如外型曲面、構(gòu)件定位曲面等)和截面形狀參數(shù)(如厚度、寬度等);構(gòu)件的非幾何屬性主要包括結(jié)構(gòu)件的功能和性能屬性，為結(jié)構(gòu)的實(shí)例化設(shè)計(jì)提供基本數(shù)據(jù)與參考.

圖1 結(jié)構(gòu)件實(shí)例層級(jí)模型

2)結(jié)構(gòu)件實(shí)例是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中某一類典型結(jié)構(gòu)零件或組合件的抽象，所以結(jié)構(gòu)件實(shí)例的幾何與非幾何信息都需要進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化，且必須具有良好的設(shè)計(jì)與參考普適性.

3)考慮到在總體設(shè)計(jì)的各階段利用結(jié)構(gòu)件實(shí)例數(shù)據(jù)的需要，實(shí)例的描述數(shù)據(jù)必須清晰地進(jìn)行分類分層.

4)由于數(shù)據(jù)來(lái)源的局限性，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須具有擴(kuò)展性.

1.2 面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)件實(shí)例參數(shù)化描述

為了更準(zhǔn)確清晰地描述結(jié)構(gòu)件實(shí)例的參數(shù)以及檢索的便捷，需要對(duì)面向?qū)ο蟮膶?shí)例參數(shù)進(jìn)行分層分類.文獻(xiàn)［15］中提出了用面向?qū)ο蟮摹皩蛹?jí)模型”來(lái)表示飛機(jī)總體概念方案實(shí)例，即以自頂向下的實(shí)例-信息源-屬性組-屬性段-獨(dú)立屬性5層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解表示.本研究進(jìn)一步對(duì)層級(jí)模型進(jìn)行了改進(jìn)，即在結(jié)構(gòu)件實(shí)例的描述上采用了面向?qū)ο蟮膶蛹?jí)模型描述方法，如圖1所示，圖中各個(gè)層級(jí)含義分別為:

1)實(shí)例:實(shí)例層主要記錄結(jié)構(gòu)件名稱、編號(hào)、版本號(hào)和基本描述等結(jié)構(gòu)件實(shí)例基礎(chǔ)信息.

2)信息源:信息源記錄的主要是與結(jié)構(gòu)件實(shí)例方案初始設(shè)計(jì)相關(guān)的信息，如結(jié)構(gòu)件實(shí)例的幾何參數(shù)和非幾何參數(shù).

3)屬性組:屬性組按照信息源信息的不同進(jìn)行細(xì)分，如幾何參數(shù)可分為直接定義的幾何參數(shù)和可根據(jù)直接參數(shù)計(jì)算得出的間接幾何參數(shù).

4)屬性段:屬性段是對(duì)部分屬性組信息的細(xì)化分類，如結(jié)構(gòu)件的直接幾何參數(shù)可進(jìn)一步分為定位參數(shù)、截面形狀和截面尺寸等.

5)獨(dú)立屬性:獨(dú)立屬性是結(jié)構(gòu)件實(shí)例參數(shù)層級(jí)模型的最低層次，記錄了結(jié)構(gòu)件方案實(shí)例的基礎(chǔ)屬性，如描述截面形狀、尺寸等的所有參數(shù).

2 結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)總體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在以上改進(jìn)的結(jié)構(gòu)件實(shí)例層級(jí)模型定義及結(jié)構(gòu)件參數(shù)梳理的基礎(chǔ)上，根據(jù)結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用需求，提出了結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)，如圖2所示，結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)由管理層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層3部分組成.

圖2 飛機(jī)結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)層是整個(gè)結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)的主體，包括結(jié)構(gòu)件幾何屬性庫(kù)、關(guān)聯(lián)知識(shí)庫(kù)、工程算法庫(kù)和材料庫(kù)等結(jié)構(gòu)件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)件實(shí)例索引機(jī)制把以上各基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與各結(jié)構(gòu)件實(shí)例進(jìn)行關(guān)聯(lián)，方便查詢與應(yīng)用結(jié)構(gòu)件實(shí)例時(shí)進(jìn)行調(diào)用.

管理層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)實(shí)例庫(kù)系統(tǒng)的管理與維護(hù)，包括結(jié)構(gòu)件類型管理、結(jié)構(gòu)件屬性管理和實(shí)例管理.通過(guò)類型管理用戶可以管理實(shí)例庫(kù)中的結(jié)構(gòu)件類型數(shù)據(jù)，比如新建、修改和刪除梁、肋、長(zhǎng)桁、框、蒙皮壁板等結(jié)構(gòu)件類型及其子類型;通過(guò)屬性管理用戶可以管理各類型結(jié)構(gòu)件的屬性信息，包括定義和修改各類型結(jié)構(gòu)件的幾何參數(shù)類型、材料參數(shù)類型、關(guān)聯(lián)知識(shí)類型和工程算法類型等所需的數(shù)據(jù)屬性種類;通過(guò)實(shí)例管理用戶可以在定義完結(jié)構(gòu)件類型和結(jié)構(gòu)件屬性后進(jìn)行單個(gè)或批量結(jié)構(gòu)件實(shí)例的新建、修改和刪除，完成結(jié)構(gòu)件實(shí)例的定義.通過(guò)以上模塊可以完成對(duì)數(shù)據(jù)層中的結(jié)構(gòu)件實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、刪除和修改等維護(hù)管理工作.

應(yīng)用層直接面向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，提供結(jié)構(gòu)件實(shí)例檢索和實(shí)例查看的基本功能，并通過(guò)結(jié)構(gòu)件實(shí)例設(shè)計(jì)接口為實(shí)例庫(kù)系統(tǒng)外部的CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供幾何與材料等結(jié)構(gòu)件信息，從而完成基于實(shí)例庫(kù)的結(jié)構(gòu)件實(shí)例建模功能.應(yīng)用層通過(guò)實(shí)例索引機(jī)制與數(shù)據(jù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)交互.

2.2 系統(tǒng)構(gòu)造與實(shí)現(xiàn)

在軟件實(shí)現(xiàn)上結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)采用基于客戶端/服務(wù)器(C/S，Client/Service)的軟件結(jié)構(gòu)，基于Oracle并利用VC.NET進(jìn)行開(kāi)發(fā).其中管理層和應(yīng)用層為客戶端程序，數(shù)據(jù)層存儲(chǔ)于服務(wù)器，整個(gè)實(shí)例庫(kù)系統(tǒng)支持通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的分布式訪問(wèn).

結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)系統(tǒng)的建立，最重要的是各種結(jié)構(gòu)件實(shí)例數(shù)據(jù)的搜集與整理.通過(guò)查閱飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、飛機(jī)手冊(cè)等相關(guān)書(shū)籍和文獻(xiàn)資料［16－20］等途徑，整理并歸納了適用于方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的梁、肋、長(zhǎng)桁、框、蒙皮壁板等5大類典型結(jié)構(gòu)件共68個(gè)結(jié)構(gòu)件實(shí)例.根據(jù)1.1節(jié)和1.2節(jié)的實(shí)例描述方法梳理了各結(jié)構(gòu)件的簡(jiǎn)化幾何模型屬性，包括各結(jié)構(gòu)件的定位和截面信息等數(shù)據(jù)，圖3為典型結(jié)構(gòu)件幾何屬性描述.總結(jié)了各結(jié)構(gòu)件相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)與工程算法數(shù)據(jù)［21］，搜集了常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料信息［22－23］并進(jìn)行了入庫(kù).實(shí)例庫(kù)系統(tǒng)支持用戶自定義增加新實(shí)例，借助實(shí)例庫(kù)管理層的客戶端程序，用戶可以通過(guò)GUI交互錄入結(jié)構(gòu)件實(shí)例數(shù)據(jù)或以xml數(shù)據(jù)文件格式對(duì)實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行批量導(dǎo)入.

圖3 典型結(jié)構(gòu)件幾何屬性描述

3 基于實(shí)例庫(kù)的機(jī)體結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)

通過(guò)實(shí)例庫(kù)中的結(jié)構(gòu)件實(shí)例幾何信息進(jìn)行方案階段機(jī)體結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)的重要功能.利用實(shí)例庫(kù)的參數(shù)化實(shí)例設(shè)計(jì)接口，以北京航空航天大學(xué)自主研發(fā)的開(kāi)放式飛機(jī)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)OpenCADS［13］為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了基于結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)的參數(shù)化機(jī)體結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì).以下從機(jī)體結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模方法和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)邏輯等方面進(jìn)行詳細(xì)論述.

3.1 機(jī)身結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模方法

3.1.1 機(jī)身結(jié)構(gòu)參數(shù)化布置

典型的飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)形式有梁式結(jié)構(gòu)、桁架式結(jié)構(gòu)、硬殼式結(jié)構(gòu)、桁條式結(jié)構(gòu)和桁梁式結(jié)構(gòu)［2］.現(xiàn)代軍用飛機(jī)和民用運(yùn)輸機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)受力形式多采用桁條式和桁梁式結(jié)構(gòu)，由于這兩種結(jié)構(gòu)形式在參數(shù)化描述和建模方法上類似，故本文僅討論在方案設(shè)計(jì)階段桁梁式結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模方法，桁條式結(jié)構(gòu)按照桁梁式結(jié)構(gòu)的建模方法進(jìn)行簡(jiǎn)化處理即可.

桁梁式機(jī)身結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)件包括桁梁、長(zhǎng)桁、機(jī)身隔框和蒙皮4種類型.在布置上其描述參數(shù)包括:①機(jī)身蒙皮厚度;②桁梁數(shù)量和長(zhǎng)桁數(shù)量;③各桁梁和長(zhǎng)桁沿機(jī)身軸向的起始位置和結(jié)束位置;④各桁梁和長(zhǎng)桁在機(jī)身剖面上沿蒙皮周邊的布置位置;⑤機(jī)身隔框的數(shù)量及各隔框沿機(jī)身軸向的布置位置.在描述桁梁和長(zhǎng)桁在機(jī)身某剖面上沿蒙皮周邊的布置位置時(shí)采用以下的方法:取該剖面的型心O′為極點(diǎn)，順時(shí)針?lè)较驗(yàn)闃O角度正方向，與絕對(duì)坐標(biāo)系的z方向重合為0°極角建立該剖面的極坐標(biāo)系.這樣由于桁梁和長(zhǎng)桁以機(jī)身蒙皮內(nèi)曲面為布置約束，故以桁梁或長(zhǎng)桁的橫截面型心軸線與機(jī)身剖面型心O′的連線與0°極角線的夾角θ即可唯一地確定桁梁或長(zhǎng)桁的布置位置.圖4為典型桁梁式機(jī)身結(jié)構(gòu)布置的參數(shù)化描述，圖4a和圖4b的y坐標(biāo)一致，均為絕對(duì)坐標(biāo)系坐標(biāo).

圖4 典型桁梁式機(jī)身結(jié)構(gòu)布置的參數(shù)化描述

3.1.2 機(jī)身結(jié)構(gòu)建模方法

以下分別討論適用于方案設(shè)計(jì)階段桁梁式機(jī)身結(jié)構(gòu)的蒙皮、隔框、桁梁和長(zhǎng)桁的幾何建模方法.

蒙皮的建模以機(jī)身外形曲面模型為基礎(chǔ)和約束，沿曲面法向向內(nèi)放縮一定的蒙皮厚度，最后施加蒙皮材料屬性即可完成帶厚度的機(jī)身蒙皮模型構(gòu)建.

機(jī)身隔框有環(huán)形剛框式、腹板式、構(gòu)架式等結(jié)構(gòu)類型［2］.由于大部分的機(jī)身普通框和加強(qiáng)框采用環(huán)形剛框式結(jié)構(gòu)，所以僅討論環(huán)形剛框式隔框的建模方法.除了機(jī)身隔框的數(shù)量及各隔框沿機(jī)身軸向的布置位置等布置參數(shù)，機(jī)身隔框的建模還需要環(huán)形剛框的環(huán)形寬度和隔框的截面參數(shù)等隔框幾何參數(shù).建模的過(guò)程為:①通過(guò)隔框布置參數(shù)、機(jī)身曲面獲取隔框的實(shí)際站位剖面;②通過(guò)環(huán)形剛框的歸一化結(jié)構(gòu)件截面參數(shù)、環(huán)形剛框的環(huán)形寬度、站位剖面和機(jī)身蒙皮曲面模型得出隔框站位面處的實(shí)際結(jié)構(gòu)件截面形狀;③將隔框結(jié)構(gòu)件截面以機(jī)身蒙皮曲面外形為約束，沿站位剖面與機(jī)身曲面的交線為引導(dǎo)線進(jìn)行放樣生成實(shí)體模型;④附加隔框的材料屬性信息.圖5為機(jī)身隔框的幾何建模過(guò)程.

圖5 機(jī)身隔框幾何建模過(guò)程

桁梁和長(zhǎng)桁的建模方法類似，以桁梁的建模方法為例，建模過(guò)程為:①根據(jù)桁梁的布置參數(shù)獲取桁梁的起點(diǎn)和終點(diǎn)站位剖面及沿機(jī)身軸線方向的布置平面;②獲取桁梁截面幾何參數(shù)信息;③將桁梁結(jié)構(gòu)件截面以機(jī)身蒙皮曲面外形為約束，沿布置平面與機(jī)身曲面的交線為引導(dǎo)線進(jìn)行放樣生成實(shí)體模型;④附加桁梁的材料屬性信息.圖6為機(jī)身桁梁的幾何建模過(guò)程.

圖6 機(jī)身桁梁幾何建模過(guò)程

3.2 機(jī)翼結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模方法

機(jī)翼結(jié)構(gòu)由蒙皮、桁條、翼梁、縱墻和翼肋等5種類型結(jié)構(gòu)件構(gòu)成.蒙皮骨架式翼面是最常見(jiàn)的翼面結(jié)構(gòu)形式，又可分為梁式、單塊式和多墻式結(jié)構(gòu)形式［2］.梁式結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的機(jī)翼結(jié)構(gòu)形式，而在模型構(gòu)建方法上單塊式和多墻式結(jié)構(gòu)與梁式結(jié)構(gòu)類似，所以本文僅討論在方案設(shè)計(jì)階段梁式機(jī)翼的參數(shù)化建模方法，單塊式和多墻式結(jié)構(gòu)參考梁式機(jī)翼進(jìn)行推廣即可.

在布置上梁式機(jī)翼結(jié)構(gòu)的描述參數(shù)［24］包括①機(jī)翼蒙皮厚度;②翼梁、縱墻、桁條的數(shù)量和翼平面布置點(diǎn);③翼肋數(shù)量和翼平面布置點(diǎn).

梁式機(jī)翼結(jié)構(gòu)的蒙皮建模與機(jī)身蒙皮方法類似，采用以翼面曲面模型為約束加厚的方法進(jìn)行幾何建模.

翼肋的建模過(guò)程為:①通過(guò)布置參數(shù)得到翼肋的布置平面及起點(diǎn)和終點(diǎn)站位剖面;②獲取歸一化結(jié)構(gòu)件截面參數(shù)并以蒙皮曲面為約束得出翼肋實(shí)際截面形狀;③將翼肋結(jié)構(gòu)件截面以機(jī)翼蒙皮曲面外形為約束沿布置平面進(jìn)行放樣生成實(shí)體模型;④附加翼肋的材料屬性信息.圖7為機(jī)翼翼肋的幾何建模過(guò)程.

圖7 機(jī)翼翼肋幾何建模過(guò)程

翼梁、縱墻和桁條等機(jī)翼縱向構(gòu)件的建模方法與機(jī)身桁梁類似，通過(guò)布置參數(shù)和結(jié)構(gòu)件幾何屬性參數(shù)獲取結(jié)構(gòu)件實(shí)際截面，再沿機(jī)翼蒙皮放樣即可生成結(jié)構(gòu)件幾何模型.圖8為機(jī)翼翼梁和縱墻的幾何建模過(guò)程.

圖8 機(jī)翼翼梁/縱墻幾何建模過(guò)程

3.3 交互式結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)邏輯

基于3.1節(jié)和3.2節(jié)討論的機(jī)體結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模方法，以開(kāi)放式飛機(jī)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng) Open-CADS為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了基于結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)的交互式結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)邏輯如圖9所示，具體過(guò)程為:①在OpenCADS環(huán)境中完成機(jī)體蒙皮曲面和機(jī)體結(jié)構(gòu)布置參數(shù)的定義;②在結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)中交互式地選擇所需的結(jié)構(gòu)件實(shí)例并通過(guò)實(shí)例庫(kù)的參數(shù)化實(shí)例設(shè)計(jì)接口將結(jié)構(gòu)件定位面參數(shù)和歸一化截面參數(shù)等結(jié)構(gòu)件幾何屬性參數(shù)傳入Open-CADS環(huán)境中;③結(jié)合機(jī)體蒙皮曲面和結(jié)構(gòu)布置參數(shù)將結(jié)構(gòu)件幾何屬性參數(shù)實(shí)例化生成結(jié)構(gòu)的實(shí)際定位面和實(shí)際截面信息;④以機(jī)體蒙皮曲面為約束進(jìn)行參數(shù)化造型并附加材料屬性生成機(jī)體結(jié)構(gòu)模型.

圖9 基于實(shí)例庫(kù)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)邏輯

4 應(yīng)用實(shí)例

為說(shuō)明本文所提出方法的有效性，給出了基于結(jié)構(gòu)件實(shí)例在OpenCADS系統(tǒng)中所實(shí)現(xiàn)的某型飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和建模模型.

本方案機(jī)身采用桁梁式結(jié)構(gòu)，桁梁設(shè)計(jì)選取結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)中的工字型截面擠壓型材桁梁結(jié)構(gòu)件實(shí)例，長(zhǎng)桁設(shè)計(jì)選取結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)中的L型截面板彎成形結(jié)構(gòu)件實(shí)例，機(jī)身隔框設(shè)計(jì)選取結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)中的環(huán)形剛框式鈑金普通框結(jié)構(gòu)件實(shí)例和環(huán)形剛框式機(jī)加工加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)件實(shí)例;翼面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用多墻式結(jié)構(gòu)，翼梁和縱墻設(shè)計(jì)選取T型截面擠壓型材組合腹板梁結(jié)構(gòu)件實(shí)例，翼肋設(shè)計(jì)采取工字型截面整體機(jī)加成形肋結(jié)構(gòu)件實(shí)例.圖10和圖11為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案整體和細(xì)節(jié)模型.以此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案模型為基礎(chǔ)附加材料屬性信息由系統(tǒng)計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)主要質(zhì)量特性見(jiàn)表1.

圖10 基于實(shí)例庫(kù)實(shí)現(xiàn)的某型飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

圖11 方案模型細(xì)節(jié)

表1 方案機(jī)體結(jié)構(gòu)質(zhì)量特性

5 結(jié)論

1)研究了參數(shù)化結(jié)構(gòu)件實(shí)例描述方法應(yīng)滿足的要求，提出了改進(jìn)的層級(jí)模型實(shí)例描述體系，建立了面向?qū)ο蟮?、抽象化且完整的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件實(shí)例參數(shù)化描述方法.

2)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件實(shí)例層級(jí)模型定義及參數(shù)化描述的基礎(chǔ)上，提出了結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)原型.利用公開(kāi)資料搜集與整理了各種典型結(jié)構(gòu)件實(shí)例數(shù)據(jù)并進(jìn)行了數(shù)據(jù)的入庫(kù).

3)研究了方案設(shè)計(jì)階段飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，利用實(shí)例庫(kù)的參數(shù)化實(shí)例設(shè)計(jì)接口，以開(kāi)放式飛機(jī)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)OpenCADS為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了基于結(jié)構(gòu)件實(shí)例庫(kù)中的結(jié)構(gòu)件實(shí)例幾何信息的參數(shù)化機(jī)體結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)，并通過(guò)一個(gè)應(yīng)用示例驗(yàn)證了方法和系統(tǒng)的有效性.

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