渦噴-6發(fā)動機渦輪及加力燃燒室虛擬裝配系統開發(fā)

金　冉　趙彩霞　鄭步生（.南京航空航天大學金城學院，南京　56；.南京航空航天大學，南京　006)

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渦噴-6發(fā)動機渦輪及加力燃燒室虛擬裝配系統開發(fā)

金冉1趙彩霞1鄭步生2
（1.南京航空航天大學金城學院，南京211156；2.南京航空航天大學，南京210016)

摘 要對渦噴-6發(fā)動機的渦輪及加力燃燒室的虛擬裝配系統進行了研究。采用Pro/Engineer（Pro/E）軟件對部件進行了三維建模，并對裝配工藝進行了理論研究。然后，采用VS2008中的MFC設計了一系列人性化的界面，用戶可以通過界面上的工具控制按鈕選擇裝配的部件、裝配時所需要使用的設備及工具等。最后，使用VS2008和Pro/Toolkit編寫裝配程序，實現了虛擬裝配系統的開發(fā)。用戶采用該系統可以手動模擬裝配的工藝過程，若裝配過程中出現順序錯誤、工具選擇錯誤、裝配不到位等情況，系統能夠提示出現的問題并給出相應的解決方案。

關鍵詞渦噴-6，虛擬裝配，Pro/Engineer，二次開發(fā)

Development of Virtual Assembly System for Turbine and Afterburner Device of WP6 Engine

Jin Ran1Zhao Caixia2Zheng Busheng2
(1.Jincheng College,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing,211156; 2.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing,210016)

AbstractThe virtual assembly system for WP-6 engine was studied.Firstly,the three-dimensional models of components were built using Pro/E.After that,the assembly process was studied in theory.On the basis of theoretical study,a series of user-friendly dialog interface were designed using MFC function in VS2008.Users could use the controlling buttons on the interface to select the components as well as the equipment and tools needed in assembly process.Finally,assembly procedures were written using VS2008 and Pro/Toolkit,and the development of virtual assembly system was finished.With this system,users could simulate the assembly process.If there were mistakes including assembly sequence mistakes,tool selection mistakes,not in appropriate place and so on,the system would remind the problems and give corresponding solutions.

KeywordsWP6，Virtual assembly，Pro/Engineer，Secondary development

引言

渦噴-6發(fā)動機由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管，以及加力燃燒室等部分組成。本文以Pro/Engineer 5.0作為開發(fā)平臺，利用VS2008開發(fā)出了具有可視化界面的渦噴-6發(fā)動機渦輪及加力燃燒室部分的虛擬裝配系統。該系統目前主要用于教學，其具有以下優(yōu)點：一是可以使教師在講述與發(fā)動機相關課程的時候更加形象生動；二是學生在進行發(fā)動機裝拆實際訓練時可以先進行虛擬裝拆，了解整個裝拆的工藝過程，包括工具的選擇、拆裝的步驟等，達到事半功倍的效果；三是彌補了因工具不全、條件不夠、資金不足等原因而無法開展實驗的不足。

1　虛擬裝配系統的開發(fā)

采用本文開發(fā)的渦噴-6發(fā)動機渦輪及加力燃燒室部件的虛擬裝配系統，用戶可手動模擬裝配工藝過程。首先調入待裝配的零部件，然后通過界面選擇合適的工具，進而進行零部件的手動裝配。若操作過程中出現裝配順序錯誤、工具選擇錯誤、裝配不到位等情況，系統能夠提示出現的問題并給出相應的解決方案。

1.1三維模型的建立

該系統以Pro/Engineer軟件作為開發(fā)平臺，首先需對零部件進行三維建模。渦噴發(fā)動機渦輪及加力燃燒室的主要零部件包括一級渦輪導向器、后軸承、渦輪轉子、二級渦輪導向器、二級渦輪葉片、加力燃燒室等。圖1和圖2分別為一級渦輪導向器和后軸承的三維模型，采用拉伸結合陣列的方法生成各自特征。圖3為渦輪轉子，渦輪盤和渦輪軸的生成采用分段拉伸的方法，一級轉子葉片的生成采用混合結合陣列的方法，采用拉伸去除材料并結合陣列生成全部榫槽。圖4為二級渦輪導向器，采用旋轉的方法生成變截面的外殼，其余特征采用拉伸方式生成。圖5為二級渦輪葉片，采用混合方法生成該零件。圖6為加力燃燒室，除燃油噴嘴以外，其余特征可采用旋轉結合陣列的方法生成，燃油噴嘴采用掃描伸出項的方法生成。

上述零部件為主要部件，緊固件及其它一些細小的零件的建模在此略去。

圖1　一級渦輪導向器

圖2　后軸承

圖3　渦輪轉子

圖4　二級渦輪導向器

圖5　二級渦輪葉片

圖6　加力燃燒室

1.2渦輪及加力燃燒室的裝配工藝

渦輪及加力燃燒室進行裝配的順序為一級渦輪導向器、后軸承、渦輪轉子、二級渦輪導向器、二級渦輪葉片、加力燃燒室。裝配時所使用到的工具及裝配的工序如表1所示。

1.3渦輪及加力燃燒室虛擬裝配系統的開發(fā)

本文采用VS2008結合Pro/Toolkit對Pro/Engineer 5.0野火版進行二次開發(fā)。

表1　渦輪及加力燃燒室裝配工具和工序

（1）菜單欄的開發(fā)

在入口函數user_initialize()中使用ProMenubarMenuAdd添加新的菜單項，使用ProMenubarmenuPushbuttonAdd添加新的菜單按鈕。編譯完成后，在“幫助”后增加了“渦噴-6”菜單項。菜單欄效果如圖7所示。

圖7　菜單欄

（2）對話框的開發(fā)

對話框包括圖8所示的“裝配部件選擇界面”、如圖9所示的“渦輪裝配界面”，以及如圖10所示的“加力燃燒室裝配界面”。

圖8　裝配部件總界面

“裝配部件總界面”中包含了“渦輪”部件的按鈕，以及“加力燃燒室”部件的按鈕，點擊按鈕可分別進入與相應部件相對應的裝配界面，如圖9和圖10所示。

在裝配過程中，每個部件的裝配需要選用不同的工具。如圖9所示，為實現工具的選擇，在界面中添加了兩個Combox控件，在初始化函數OnInitDialog中使用AddString()函數為其添加下拉菜單。同時，界面中還有兩個Picture Control控件，用于顯示與所選擇的工具相對應的圖片，使用戶使用起來更加方便。Picture Control控件中顯示的圖片需隨上方選中的工具的變化而變化。為實現此功能，使用LoadBitmap()函數將圖片載入系統內存，然后使用GetLBText()函數讀取Combox中所選的工具的名稱，找到與之對應的圖片，使用SetBitmap()函數將圖片設置到Picture Control控件中。其效果如圖9所示，當工具1選擇了梅花扳手時，其下方的圖片即為梅花扳手。

圖9界面下半部分添加了一系列Button控件，分別對應渦輪部件中的各類零件。在使用該系統裝配時，可以通過點擊下方的這些按鈕把需要的零件調入到裝配界面中。調入零件的函數為ProMdlLoad()。

“開始裝配”按鈕的作用是激活手動裝配界面，激活函數為ProAsmcompConstrRedefUI()。

裝配完成后點擊“結束裝配”按鈕，系統通過讀取坐標的方式判斷裝配是否正確。

（3）虛擬裝配系統的程序設計

該系統主要實現的功能是手動模擬渦輪，以及加力燃燒室部件的實際裝配過程，程序的實現過程中需判斷調入零件正確與否、選擇工具正確與否，以及最終安裝位置是否正確。實現的流程如圖11所示。

圖9　渦輪裝配界面

圖10　加力燃燒室裝配界面

圖11　裝配系統實現流程圖

首先調入零件，程序判斷該零件是否正確。如果不正確，系統提示還有其它零件尚未裝配，用戶重新執(zhí)行調入零件操作；如果正確，則進行工具的選擇。選定工具后進行工具的判斷，若工具選擇錯誤，則系統提示“此工具和裝置不能裝配該零件，請選擇其它工具”，用戶重新選擇工具；當工具選擇正確時，便可激活手動裝配窗口，用戶進行手動裝配。最后，系統會判斷裝配是否正確。若裝配正確，則完成裝配；若裝配錯誤，則重新執(zhí)行手動裝配操作。在判斷零件及工具是否選擇正確時，均采用strcmp()函數，判斷裝配是否準確的方式則是把讀取的零件坐標與標準值進行比較。

2　虛擬裝配系統功能演示

下面以裝配“后軸承”為例，說明本文設計的虛擬裝配系統的功能。后軸承座的詳細裝配步驟如表2所示。

如圖1 2所示，依次點擊“渦噴- 6”-“裝配零件”-“渦輪”打開渦輪裝配界面，系統會在裝配環(huán)境中自動調入一級渦輪導向器作為裝配的基礎。

首先進行表2中步驟1的操作。點擊“后軸承”按鈕，調入后軸承。如果重復點擊了后軸承，系統會提示“零件已存在，請勿重復添加！”。當選擇的不是“后軸承座”時，系統就會提示“未添加后軸承”，如圖14所示。

表2　后軸承座裝配步驟

圖12　渦輪裝配界面

圖13　零件已存在提示

調入零件以后，選擇工具1“空白”和工具2“空白”，點擊“開始裝配”按鈕，激活后軸承手動裝配窗口，進行手動裝配，完成把后軸承座安裝到一級渦輪導向器外側的操作，如圖15所示。

圖14　未添加后軸承提示

當工具選擇錯誤時，系統會提示“此工具和裝置不能裝配該零件”，如圖16所示。用戶需要重新選擇正確的工具。當調入后軸承座且選擇了工具1“空白”和工具2“空白”時，可完成后軸承的手動裝配。裝配完成后，系統會檢測裝配的正確性。

圖15　裝配后軸承座

圖16　工具選擇錯誤提示

接下來分別執(zhí)行步驟2～步驟8的操作，裝配過程及可能出現的提示與步驟1類似。按照工藝順序，最終完成后軸承座的裝配。

3　結束語

本文基于Pro/Engineer軟件，利用VS2008和Pro/ Toolkit，開發(fā)出了具有可視化界面的渦輪及加力燃燒室部件的虛擬裝配系統。利用該系統，用戶可以手動模擬裝配的實際過程。若裝配過程中出現裝配順序錯誤、工具選擇錯誤、裝配不到位等情況，系統能夠提示出現的問題并給出相應的解決方案。

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文章編號：1009-8119（2016）02（1）-0059-04