火箭發(fā)動(dòng)機(jī)向?qū)椒抡媪鞒虡?gòu)建

馬曉丹，周晨初，張晨曦

(1.火箭軍工程大學(xué)，陜西 西安 710072；2.西安航天動(dòng)力研究所，陜西 西安 710100)

0 引言

面對(duì)航天發(fā)射任務(wù)密度日益增高、發(fā)動(dòng)機(jī)研制任務(wù)日漸繁重、質(zhì)量形勢依舊嚴(yán)峻和設(shè)計(jì)人員流失的形勢，通過數(shù)字化手段提升設(shè)計(jì)過程的效率、通過數(shù)字化手段提高仿真過程的規(guī)范程度是縮短產(chǎn)品研制周期和提升產(chǎn)品質(zhì)量的一種有效手段。

目前數(shù)字化仿真分析軟件在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用普遍，但由于軟件種類多、個(gè)體應(yīng)用程度不同等造成了仿真分析過程規(guī)范化程度較低、仿真過程占用設(shè)計(jì)時(shí)間較長的問題。此外，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)仿真分析具有一定技術(shù)門檻，既需要設(shè)計(jì)人員具備發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，也需要積累相關(guān)仿真經(jīng)驗(yàn)，對(duì)仿真軟件操作更有較高的要求，學(xué)習(xí)周期長、入門難度高。定制化的仿真二次開發(fā)可以將技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)仿真經(jīng)驗(yàn)與仿真流程封裝成模板，僅需輸入相應(yīng)參數(shù)，模板自動(dòng)執(zhí)行仿真計(jì)算，快速獲取仿真結(jié)果。通過對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)狀調(diào)研，向?qū)椒抡媪鞒碳夹g(shù)作為新的仿真流程開發(fā)框架技術(shù)，在國內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域很少應(yīng)用，航天領(lǐng)域更是無相關(guān)案例。

綜上，基于向?qū)搅鞒痰幕鸺l(fā)動(dòng)機(jī)仿真系統(tǒng)目標(biāo)是：針對(duì)基于向?qū)搅鞒痰幕鸺l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真現(xiàn)狀，借鑒和吸納國內(nèi)外成熟、先進(jìn)的向?qū)椒抡娣治鏊枷牒图夹g(shù)，綜合集成不同學(xué)科專業(yè)的各種建模和分析工具，充分運(yùn)用先進(jìn)的仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)管理、流程管理等，建設(shè)基于向?qū)搅鞒痰陌l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真數(shù)字化系統(tǒng)，提高仿真協(xié)作、促使知識(shí)沉淀、規(guī)范仿真程序，從而提升仿真水平，最終建立基于向?qū)搅鞒痰幕鸺l(fā)動(dòng)機(jī)仿真數(shù)字化系統(tǒng)。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真系統(tǒng)

基于向?qū)搅鞒痰陌l(fā)動(dòng)機(jī)仿真[1-2]系統(tǒng)以C/S架構(gòu)為入口，創(chuàng)建基于ACT[3](ANSYS Customization Toolkit)的發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真模型的向?qū)Щ?、自?dòng)化交互流程?；谙?qū)搅鞒痰陌l(fā)動(dòng)機(jī)仿真系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

仿真系統(tǒng)主要由應(yīng)用層、功能層、資源層等組成，各層作用及組成部分如下：①應(yīng)用層主要是功能層面，通過WPF開發(fā)的門戶軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)向?qū)У墓芾?，材料庫的管理，材料庫的增、刪、改、查功能以及分析報(bào)告模板庫，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)組件的流體分析向?qū)А?qiáng)度分析向?qū)?、耦合分析向?qū)?、臨界轉(zhuǎn)速分析向?qū)У葢?yīng)用模式；②功能層主要根據(jù)應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)各功能模塊或引用相關(guān)的功能模塊支持，包括幾何導(dǎo)入功能、網(wǎng)格劃分功能、外界材料庫功能、非線性功能、流程引擎功能、外部程序集成功能、知識(shí)技巧推送功能、仿真過程數(shù)據(jù)管理功能等；③資源層是基礎(chǔ)層，包括WPF、IronPython、XML、C#、SQLit數(shù)據(jù)庫、ANSYS ACT Wizard以及ANSYS Workbench、CFX、TurboGrid、DesignModeler、Mechanical軟件等。三層構(gòu)建的基于向?qū)搅鞒痰陌l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真構(gòu)建系統(tǒng)可以驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、仿真、分析各環(huán)節(jié)的建模、修正、求解和后處理。

圖1 基于向?qū)搅鞒痰陌l(fā)動(dòng)機(jī)仿真系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Engine simulation system architecture based on a wizard flow

由于發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真過程中需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零組件模型進(jìn)行交互操作[4]，因此采用混合向?qū)У哪Ｊ絼?chuàng)建，通過二次開發(fā)，利用開發(fā)的自動(dòng)化向?qū)Х抡媪鞒桃龑?dǎo)完成自動(dòng)導(dǎo)入幾何模型、組件相關(guān)參數(shù)、根據(jù)模板快速拾取并定義邊界以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分、邊界條件設(shè)定、程序化后處理等，以工作流的方式引導(dǎo)完成發(fā)動(dòng)機(jī)組件的仿真分析流程。

2 向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真二次開發(fā)

發(fā)動(dòng)機(jī)零組件仿真分析過程從模型獲取開始，經(jīng)過模型網(wǎng)格劃分、流場仿真分析、結(jié)構(gòu)仿真分析最終生成仿真分析結(jié)論并形成仿真分析報(bào)告。在獲得了發(fā)動(dòng)機(jī)零組件模型的基礎(chǔ)上，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行零組件仿真尚無一站式、向?qū)降姆抡鏀?shù)字化流程。目前的仿真過程依賴設(shè)計(jì)人員的手動(dòng)傳參、手動(dòng)在各個(gè)仿真工具間跳轉(zhuǎn)計(jì)算、分析；仿真工具全英文，操作學(xué)習(xí)門檻高[5]；更無自動(dòng)化仿真報(bào)告生成工具。根據(jù)第一部分對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真系統(tǒng)的描述，通過有針對(duì)性的發(fā)動(dòng)機(jī)零組件仿真?zhèn)€性化二次開發(fā)，構(gòu)建適應(yīng)于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)各組件的專業(yè)仿真分析流程。

相對(duì)于其他方式的仿真流程開發(fā)技術(shù)[6-7]，向?qū)椒抡媪鞒痰拈_發(fā)技術(shù)可在完成仿真流程向?qū)Щ幕A(chǔ)上最大程度地保留應(yīng)用層的自由度，減少仿真分析工作中的約束性，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真流程應(yīng)用靈活操作的需求。

向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真二次開發(fā)的目標(biāo)是：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)零組件專業(yè)參數(shù)；實(shí)現(xiàn)代碼引導(dǎo)的仿真工具自動(dòng)化分析；編制明晰且規(guī)范化的仿真向?qū)Ш土鞒坦?jié)點(diǎn)；開發(fā)適用于發(fā)動(dòng)機(jī)專業(yè)的全中文仿真流程；開發(fā)全自動(dòng)化的仿真分析報(bào)告生成工具。

發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真流程設(shè)計(jì)包含仿真流程設(shè)計(jì)開發(fā)和界面設(shè)計(jì)開發(fā)兩個(gè)階段。在仿真流程設(shè)計(jì)開發(fā)階段，首先需要對(duì)仿真流程進(jìn)行參數(shù)化，開發(fā)方式有兩種：WB參數(shù)化和腳本參數(shù)化；然后通過WB腳本對(duì)仿真流程進(jìn)行集成和調(diào)用。界面設(shè)計(jì)開發(fā)階段，封裝仿真流程，提供與仿真流程中輸入和輸出參數(shù)間交互的使用界面。

2.1 向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真二次開發(fā)流程

向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真的開發(fā)包括仿真流程開發(fā)及界面開發(fā)。仿真流程的實(shí)現(xiàn)通過以幾何模型為對(duì)象[8-9]，對(duì)其關(guān)鍵幾何及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行提參，形成參數(shù)化的腳本，然后運(yùn)用參數(shù)化腳本文件及發(fā)動(dòng)機(jī)零組件的仿真文件作為界面開發(fā)的回調(diào)及批處理調(diào)用。實(shí)際開發(fā)過程中，使用SCDM(SpaceClaim DesignModeler) + Mechanical的組合開發(fā)模式，即向?qū)?Wizard)的方式開發(fā)仿真流程。利用SCDM的直接建模能力和豐富的CAD接口、模型修復(fù)功能和腳本建模能力，為Mechanical分析提供所需的幾何模型輸入，完成從幾何建?；?qū)搿echanical前處理、仿真求解和后處理報(bào)告的自動(dòng)化仿真過程，固化整個(gè)仿真分析流程。

界面開發(fā)通過XML定義向?qū)Ы缑?，定義流程的輸入輸出參數(shù)，定義文本框、下拉、瀏覽等控件，并聲明調(diào)用仿真流程界面實(shí)現(xiàn)的回調(diào)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)輸入輸出參數(shù)的替換，WB界面交互操作的調(diào)用等，需要調(diào)用仿真文件時(shí)通過批處理命令完成調(diào)用。在仿真分析完成時(shí)讀取結(jié)果完成報(bào)告并更新向?qū)Ы缑鎱?shù)顯示。向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真流程開發(fā)流程如圖2所示。

圖2 基于向?qū)降陌l(fā)動(dòng)機(jī)仿真流程開發(fā)流程Fig.2 Engine simulation process development process based on wizard

2.2 向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真流程開發(fā)

通過訪問對(duì)象的方式將界面中的各種操作轉(zhuǎn)化成代碼，執(zhí)行代碼并設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真流程開發(fā)。以Mechanical為例說明實(shí)現(xiàn)ACT訪問Mechanical結(jié)構(gòu)樹的功能。

Mechanical對(duì)象結(jié)構(gòu)樹通過ACT訪問Mechanical結(jié)構(gòu)樹時(shí)，ExtAPI.DataModel.Project是所有對(duì)象的根節(jié)點(diǎn)。腳本對(duì)象訪問遵循和Mechanical結(jié)構(gòu)樹相同的結(jié)構(gòu)，訪問所有子節(jié)點(diǎn)上的對(duì)象及選項(xiàng)。如訪問Mesh對(duì)象，輸入ExtAPI.DataModel.Project.Model.Mesh。采用相同方式訪問模型所有第一級(jí)對(duì)象如Geometry、CoordinateSystems等。除了Environment對(duì)象(如邊界載荷、后處理等)之外，結(jié)構(gòu)樹中的所有對(duì)象都遵循單例模式，即第一級(jí)對(duì)象的實(shí)例對(duì)象不可能同時(shí)存在兩個(gè)。Environment對(duì)象作為第一級(jí)對(duì)象的子對(duì)象，存在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例對(duì)象，不存在直接的訪問點(diǎn)。如添加多個(gè)Pressure載荷，訪問這些對(duì)象，就必須通過Children屬性或GetChildren方法訪問。Mechanical對(duì)象結(jié)構(gòu)樹與應(yīng)用結(jié)構(gòu)樹之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示。

圖3 Mechanical對(duì)象結(jié)構(gòu)樹與應(yīng)用結(jié)構(gòu)樹之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.3 Correspondence between the mechanical object structure tree and the application structure tree

2.3 向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真界面開發(fā)

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真流程特點(diǎn)[10-12]，仿真分析流程中的界面開發(fā)通過XML的方式實(shí)現(xiàn)。在向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真流程開發(fā)過程中采用XML方式實(shí)現(xiàn)。XML界面開發(fā)過程包括：界面代碼開發(fā)、后端代碼回調(diào)、界面布局設(shè)計(jì)3個(gè)部分。

2.3.1 界面代碼開發(fā)

運(yùn)用ACT界面開發(fā)框架規(guī)定的XML標(biāo)記，定義Wizard向?qū)?biāo)簽元素。

元素定義為XML文件的根元素，包含以下的屬性：name-名稱、version-版本、icon-圖標(biāo)、minorversion-小版本。

為向?qū)Фx元素，包含name-名稱、version-版本號(hào)、context-執(zhí)行環(huán)境等強(qiáng)制屬性和caption-說明、layout-布局等可選屬性。

向?qū)Р襟E定義元素，其中包含了name-名稱，version-版本等強(qiáng)制屬性、caption-說明、callback-回調(diào)、HelpFile-幫助文本等可選屬性。

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真過程，通過XML定義ACT標(biāo)簽元素，設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)組件流體分析、強(qiáng)度分析、模態(tài)分析、臨界轉(zhuǎn)速分析等向?qū)椒抡媪鞒?，每個(gè)向?qū)椒抡媪鞒叹鶕?jù)仿真分析流程中的模型導(dǎo)入、網(wǎng)格劃分、邊界定義、求解計(jì)算及后處理等通用步驟創(chuàng)建相關(guān)步驟。界面開發(fā)時(shí)對(duì)仿真分析時(shí)需要輸入的如網(wǎng)格類型、網(wǎng)格大小、邊界面選擇、載荷大小、迭代步設(shè)置等參數(shù)通過定義向?qū)Р襟E元素開放到界面，向?qū)?zhí)行時(shí)通過界面對(duì)這些參數(shù)的定義實(shí)現(xiàn)仿真流程的參數(shù)化。

2.3.2 后端代碼回調(diào)

中的callback屬性用于函數(shù)回調(diào)，用于調(diào)用仿真流程代碼中已定義的函數(shù)，函數(shù)回調(diào)包含3種方式：

onupdate，當(dāng)callback回調(diào)屬性為onupdate時(shí)，單擊Next按鈕或者Finish按鈕時(shí)調(diào)用此回調(diào)函數(shù)。例如，運(yùn)用向?qū)Ы缑鎰澐志W(wǎng)格，執(zhí)行調(diào)用外部程序等。

onrefresh，當(dāng)callback回調(diào)屬性為onrefresh時(shí)，ACT每次刷新向?qū)Ы缑娑紩?huì)調(diào)用此回調(diào)函數(shù)。例如，用來繪制圖形、刷新結(jié)果參數(shù)等。

onreset，當(dāng)callback回調(diào)屬性為onreset時(shí)，一般用于單擊Back按鈕時(shí)調(diào)用。onreset回調(diào)函數(shù)需要在步驟N中定義，并且單擊步驟N+1的Back按鈕時(shí)將調(diào)用。

2.3.3 界面布局設(shè)計(jì)

向?qū)У慕缑娌季衷O(shè)計(jì)通過對(duì)元素的定義，確定向?qū)Ы缑嬷械腡itle模塊、Steps模塊、Properties模塊、Help模塊及Submit模塊的物理位置布局，這些布局形式在元素中被調(diào)用引用，用于定義該步驟中各界面模塊的排列方式。ACT允許通過web開發(fā)技術(shù)中的css文件對(duì)向?qū)ы撁婺J(rèn)布局進(jìn)行調(diào)整。

2.4 向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真過程數(shù)據(jù)管理

從不同工況下仿真過程數(shù)據(jù)的管理需求出發(fā)[13-15]，對(duì)向?qū)椒抡孢^程中每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)上的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。通過對(duì)單次執(zhí)行數(shù)據(jù)的本地緩存、單次流程數(shù)據(jù)的本地緩存和最終結(jié)果數(shù)據(jù)的服務(wù)器統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)管理和分析。

仿真過程數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)池進(jìn)行管理[16]，將仿真任務(wù)數(shù)據(jù)、輸入?yún)?shù)、仿真結(jié)果、過程變量及過程文件通過數(shù)據(jù)服務(wù)中心保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫，流程執(zhí)行完成后上傳到服務(wù)端。

仿真過程數(shù)據(jù)管理以SQLite數(shù)據(jù)庫為載體[17-19]，以每次啟動(dòng)仿真任務(wù)的信息作為實(shí)體核心，對(duì)不同的仿真分析流程建立不同的存儲(chǔ)實(shí)體，每次向?qū)椒治隽鞒掏瓿啥紩?huì)采用唯一Key值作為實(shí)體標(biāo)記，實(shí)體核心主要記錄仿真任務(wù)信息，包括操作人員、仿真時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間及計(jì)算資源等。各實(shí)體分別記錄仿真流程信息，包括模型處理、網(wǎng)格劃分、邊界加載及結(jié)果提取等步驟的過程數(shù)據(jù)。

3 向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真實(shí)例

以典型發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真過程為例[4]，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零組件的向?qū)椒抡娣治隽鞒踢M(jìn)行構(gòu)建。從模型庫或文件系統(tǒng)導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)組件模型，對(duì)導(dǎo)入的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過引用流場分析結(jié)果作為發(fā)動(dòng)機(jī)組件強(qiáng)度分析的輸入條件。在流場分析的基礎(chǔ)上，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)組件流體域流場分析溫度場、壓力場分布，自動(dòng)提取發(fā)動(dòng)機(jī)組件結(jié)構(gòu)分析所需的相關(guān)載荷，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)分析模塊，獲取溫度、壓力數(shù)據(jù)的插值并將其耦合到殼體辦界進(jìn)行強(qiáng)度分析，最后根據(jù)模板中保存的報(bào)告模板信息生成對(duì)應(yīng)的分析報(bào)告。

基于向?qū)搅鞒痰陌l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真構(gòu)建系統(tǒng)應(yīng)用流程如圖4所示。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真構(gòu)建系統(tǒng)的應(yīng)用流程Fig.4 Application flow of engine component simulation construction system

3.1 仿真分析向?qū)?gòu)建

以發(fā)動(dòng)機(jī)組件的多個(gè)仿真分析向?qū)Я鞒虨槔?，給出發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真分析向?qū)У臉?gòu)建過程和仿真實(shí)現(xiàn)。

向?qū)Х庋b靜強(qiáng)度分析過程中的模型導(dǎo)入、邊界類別定義、網(wǎng)格劃分、物理模型、邊界、求解、后處理功能，以向?qū)У姆绞揭龑?dǎo)完成以上仿真分析過程。此向?qū)怯赡Ｐ蛯?dǎo)入向?qū)?、網(wǎng)格劃分向?qū)?、求解設(shè)置等向?qū)ЫM成的混合向?qū)?，集成多種向?qū)橐粋€(gè)強(qiáng)度分析向?qū)瓿蓮?qiáng)度分析計(jì)算(見圖5)。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)組件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析工作流Fig.5 Engine component structural strength analysis workflow

發(fā)動(dòng)機(jī)組件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析向?qū)У妮斎胼敵鰠?shù)如表1所示。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)組件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析向?qū)л斎胼敵鰠?shù)Tab.1 Input and output parameters of engine component static strength analysis wizard

3.2 模型預(yù)處理向?qū)?/h3>

模型處理技術(shù)含模型導(dǎo)入、模型邊界的拾取及定義、組件參數(shù)等，快速在相應(yīng)的導(dǎo)航面板中對(duì)相對(duì)應(yīng)的部件進(jìn)行快速定義[20]。通過模型導(dǎo)入向?qū)?dǎo)入符合特定要求的模型，對(duì)導(dǎo)入模型的邊界進(jìn)行拾取及定義(包括Inlet、Outlet、Wall、Rotor、Stator等)。

向?qū)桨l(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真流程支持導(dǎo)入前端設(shè)計(jì)工具產(chǎn)生的各類模型文件，并對(duì)導(dǎo)入的模型文件、前端設(shè)計(jì)工具產(chǎn)生的模型文件和仿真過程數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理。仿真向?qū)ㄟ^可視化界面給出了參數(shù)的約束條件、說明、圖示等。

以電磁閥的模型預(yù)處理向?qū)槔孩賾?yīng)用仿真過程數(shù)據(jù)管理技術(shù)，對(duì)前端設(shè)計(jì)工具(Pro/E、NX)產(chǎn)生的電磁閥三維模型文件進(jìn)行管理；②按照電磁閥模型預(yù)處理向?qū)е刑峁┑哪Ｐ蛯?dǎo)入約束條件對(duì)仿真過程數(shù)據(jù)庫中的電磁閥模型進(jìn)行篩選、導(dǎo)入；③對(duì)導(dǎo)入后的模型文件進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)建立該文件與后續(xù)仿真過程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包，為仿真模型和仿真過程數(shù)據(jù)集成管理提供條件。

3.3 網(wǎng)格劃分向?qū)?/h3>

網(wǎng)格劃分包含非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分向?qū)Ш徒Y(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分向?qū)?種。

非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分向?qū)?duì)導(dǎo)入并定義好邊界類型的幾何模型或模型部件進(jìn)行快速的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格參數(shù)定義是通過前端網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置面板來實(shí)現(xiàn)的，網(wǎng)格參數(shù)包括網(wǎng)格劃分方法、網(wǎng)格類型、網(wǎng)格過渡比、棱柱層、最小間隙網(wǎng)格層數(shù)等，網(wǎng)格劃分完成后可現(xiàn)實(shí)網(wǎng)格數(shù)量的查看及網(wǎng)格質(zhì)量的評(píng)價(jià)。

結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分向?qū)е饕怯脕韺?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)組件中特定組件(如渦輪等轉(zhuǎn)動(dòng)部件)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。部件模型構(gòu)建是通過組件參數(shù)導(dǎo)入及邊界條件定義向?qū)韺?shí)現(xiàn)的，重構(gòu)的幾何模型劃分全結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格。

發(fā)動(dòng)機(jī)組件網(wǎng)格劃分向?qū)榉墙Y(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分向?qū)В憾x細(xì)化網(wǎng)格選擇，細(xì)化分段定義等選項(xiàng)，向?qū)Ц鶕?jù)頁面定義自動(dòng)劃分非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。

3.4 工況及邊界設(shè)定向?qū)?/h3>

發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真流程集成發(fā)動(dòng)機(jī)仿真各物理場分析所需的邊界條件，將仿真分析涉及到的物理模型設(shè)置及參數(shù)設(shè)置封裝集成到求解向?qū)０澹ㄟ^對(duì)向?qū)ы撁嬷虚_放的邊界設(shè)定選項(xiàng)的定義，向?qū)?zhí)行時(shí)按照頁面定義對(duì)模型進(jìn)行邊界條件的自動(dòng)設(shè)定如約束、載荷等。半交互式的向?qū)б苍试S在完成邊界定義后對(duì)模型邊界進(jìn)行干預(yù)式調(diào)整、增加邊界條件等操作。

發(fā)動(dòng)機(jī)組件邊界設(shè)定要定義固支面、載荷面及壓力大小等選項(xiàng)。邊界的選擇通過界面操作應(yīng)用于向?qū)нx項(xiàng)。

3.5 后處理向?qū)?/h3>

后處理向?qū)Фx要提取的結(jié)果數(shù)據(jù)及結(jié)果云圖，也可自定義提取結(jié)果。向?qū)У拈_發(fā)通過代碼方式實(shí)現(xiàn)后處理結(jié)果的提取、處理、展示等功能。半交互式的向?qū)б苍试S在完成分析后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行查看等操作。以推力室模態(tài)分析向?qū)У膶?shí)現(xiàn)為例，展示后處理向?qū)У膶?shí)現(xiàn)結(jié)果，如圖6所示。

圖6 推力室模態(tài)分析向?qū)ig.6 Thrust chamber modal analysis wizard

4 結(jié)論

利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)向?qū)椒抡嫦到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了仿真過程的規(guī)范化、數(shù)字化。通過與一般仿真分析過程的實(shí)際對(duì)比，向?qū)椒抡娣治龅母叨燃傻奶匦越档土朔抡娣治鲇脮r(shí)；對(duì)一般仿真分析軟件的兼容和嵌入式集成保證了仿真分析結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性；向?qū)讲僮骱徒y(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理模式提升了仿真流程的規(guī)范性，降低了設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)門檻。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)向?qū)椒抡嫦到y(tǒng)達(dá)到了提升發(fā)動(dòng)機(jī)組件仿真規(guī)范化、數(shù)字化程度和降低仿真分析難度的目標(biāo)，提高了設(shè)計(jì)協(xié)作、促使知識(shí)沉淀、規(guī)范仿真流程，從而提升仿真效率和水平，為液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)效率提高和質(zhì)量提升提供支持。