1 引言

　　傳統(tǒng)的航空發(fā)動機外部管路設(shè)計雖能達到設(shè)計目標，但存在周期長、反復(fù)多、成本高等弊端，而通過數(shù)字化的三維設(shè)計手段建立數(shù)字樣機可以克服這些弊端，從而提高設(shè)計水平。

　　發(fā)動機外部有數(shù)以百計的導(dǎo)管和電纜以及各種形式的卡箍，導(dǎo)管空間走向非常復(fù)雜，因此敷管工作非常復(fù)雜。而且由于集成了全部發(fā)動機零組件，導(dǎo)管空間曲線的確定很困難。敷管時，要考慮導(dǎo)管和導(dǎo)管、導(dǎo)管和附件之間的最小距離要求以及飛機對發(fā)動機外廓尺寸限制。利用UG軟件進行發(fā)動機外部管路設(shè)計，修改方便且直觀，為數(shù)控彎管、圖解目錄和零組件的應(yīng)力計算提供了精確的數(shù)字模型。

　　2 UG軟件在航空發(fā)動機外部管路設(shè)計中的應(yīng)用

　　2.1 虛擬裝配

　　用UG軟件構(gòu)建航空發(fā)動機產(chǎn)品的全數(shù)字化模型，可以對整個產(chǎn)品、指定的子系統(tǒng)或零件進行可視化裝配分析，并使產(chǎn)品的性能達到最優(yōu)化。

　　UG軟件擁有強大的裝配功能，在進行大裝配時，支持自底向上和自頂向下的設(shè)計技術(shù)。自底向上設(shè)計，即將大量零件同時調(diào)到工作面上，并在其基礎(chǔ)上進行第2次建模，然后再裝配;自頂向下設(shè)計，即由最終模型派生出其下一級子模型具有相關(guān)性的基本參數(shù)，然后進行子模型設(shè)計。裝配模塊具有高效、高容量的裝配設(shè)計功能。利用WAVE技術(shù)實現(xiàn)在裝配關(guān)系下自頂向下和自底向上的雙向控制及雙向優(yōu)化。

　　航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若要把按真實模型建模的零件裝配起來，不但要確定零組件的關(guān)系，而且涉及到各種裝配形式。UG軟件可以滿足航空發(fā)動機數(shù)字樣機的設(shè)計要求，實現(xiàn)按1∶1的精確模型建模，進行裝配尤其是大裝配。

　　2.2 管路應(yīng)用

　　在計算機上模擬完整的裝配時，使用UG軟件的特殊工具可簡化復(fù)雜的三維路徑。在最終的智能裝配中，可以進行間隙分析和產(chǎn)品材料管理，也可以定制部件、設(shè)計規(guī)則和管線材的標準等。

　　利用UG軟件在計算機上敷設(shè)導(dǎo)管時，當發(fā)動機附件和導(dǎo)管相關(guān)的零組件安裝到位后，要確定出導(dǎo)管的起點和終點位置。在確定導(dǎo)管空間位置時，要先確定導(dǎo)管的走向和導(dǎo)管經(jīng)由路徑中有伸根的卡箍。集成的并行工程的原則是讓用戶在設(shè)計過程中的任何時間都能方便地改變管路裝配布局。

　　2.2.1 外部管路敷設(shè)過程

　　首先確定出導(dǎo)管中心線的起始點和終止點及空間走向，然后選擇導(dǎo)管的外徑、壁厚和材料，即完成了三維空間導(dǎo)管的敷設(shè)。

　　如果2根或更多導(dǎo)管之間需要用卡箍相連，要先確定2根導(dǎo)管間的距離，以保證導(dǎo)管和卡箍相匹配。可用平行偏置管線路徑(ParallelOffsetPath)來偏移導(dǎo)管中心線，以保持2根導(dǎo)管間的中心距滿足要求;也可以先裝卡箍，然后再確定第2根導(dǎo)管的位置。

　　當導(dǎo)管中心線不能滿足要求時，可以通過TransformPath來移動或復(fù)制管線的線段或控制點來改變管線走向和形狀，從而改變導(dǎo)管形狀。在改變導(dǎo)管形狀的過程中還要不斷的改變坐標來適應(yīng)導(dǎo)管控制點定位時的要求;也可以通過SubdivideSegment在原有的路徑上插入分割點，把原有的路徑分成幾段，可按比例分割或平均分成幾等分。

　　在導(dǎo)管的敷設(shè)過程中可以采取自頂向下或自底向上的單一模式或混合模式。

　　2.2.2 外部管路路徑的確定

　　確定外部管路路徑的方法如下：

　　(1)由數(shù)控彎管機加工時所產(chǎn)生的中間文件轉(zhuǎn)化生成。如將數(shù)控彎管機生成的中間文件IGES格式導(dǎo)入UG軟件中，通過UG軟件管路模塊中的創(chuàng)建路徑，按照原有的直線和圓弧來生成路徑。

　　(2)通過坐標按坐標位置來確定路徑。

　　(3)通過UG軟件管路模塊中的HealPath來自動生成。首先確定需要連接的2個部件，然后確定StartandEndLengths，再選擇生成管路的方法。

　　(4)通過ParallelOffsetPath來偏移導(dǎo)管中心線生成。

　　在導(dǎo)管路徑上生成導(dǎo)管時，從預(yù)先定義的數(shù)據(jù)庫中選擇導(dǎo)管的外徑、壁厚和材料，通過AssignStoCkStyle來指定生成導(dǎo)管的顯示形式，可以為簡單的圓柱形的導(dǎo)管形式，也可以顯示為管線形式。發(fā)動機外部管路示例如圖1，2所示。

　　2.2.3數(shù)據(jù)的生成和轉(zhuǎn)換

　　通過UG軟件生成的導(dǎo)管可以實現(xiàn)CAD/CAM一體化，模型的三維數(shù)據(jù)可以直接輸送到數(shù)控機床上進行生產(chǎn)，保證了管路制造精度高，裝配無應(yīng)力，提高了發(fā)動機外部管路的工作可靠性和壽命。

　　另外，導(dǎo)管數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換為其他格式直接應(yīng)用到一些專用軟件中，進行靜應(yīng)力分析等。

　　3 并行技術(shù)

　　3.1 干涉/間隙檢查

　　(1)靜態(tài)干涉檢查可以在發(fā)動機設(shè)計過程中對發(fā)動機的各零組件進行間隙檢查，以確定其是否滿足要求，如圖3所示。

　　(2)發(fā)動機裝配完成后，利用動態(tài)機構(gòu)動力學運動分析檢查機構(gòu)運動中最小距離是否滿足要求，是否有零件干涉等。

　　3.2 人機工程的分析

　　人機工程的分析重點包括對發(fā)動機的維護和修理。虛擬現(xiàn)實技術(shù)讓管理及設(shè)計人員可以迅捷地“看到”設(shè)計產(chǎn)品并提前提交用戶評估，更改也非常方便。采用交互方式進行發(fā)動機外部管路設(shè)計，不僅修改方便，而且直觀。從而提高了發(fā)動機的可靠性及維護性。

　　3.3 虛擬現(xiàn)實

　　高級裝配模塊用以精確顯示和動態(tài)干涉檢查，在部件內(nèi)部漫游時，用一數(shù)字定義的模型和軟件代替物理樣機和實物模型樣機去執(zhí)行檢測操作和試驗。虛擬實物模型樣機消除了地理位置和時間障礙，可以實現(xiàn)控制、切換和觸發(fā)等動作。可創(chuàng)建帶有材質(zhì)和紋理信息的可視的、逼真的實物模型樣機。

　　4 優(yōu)勢

　　采用UG軟件三維數(shù)字設(shè)計技術(shù)進行航空發(fā)動機外部設(shè)計，在如下幾方面顯示出非常大的優(yōu)勢。

　　(1)在發(fā)動機研制初期，不需花費昂貴的研制費用就可進行發(fā)動機外部管路設(shè)計，提出各種可行方案，縮短研制周期，避免結(jié)構(gòu)方案的反復(fù)。

　　三維設(shè)計軟件的應(yīng)用，改變了設(shè)計人員的設(shè)計方法和思維方式，能幫助設(shè)計者更準確地了解空間位置、形狀、尺寸，縮短了開發(fā)周期，提高了設(shè)計成功率。

　　(2)通過三維模型可直觀了解結(jié)構(gòu)設(shè)計意圖，并在總體設(shè)計前提出意見，設(shè)計者也可以直觀地看到產(chǎn)品，不合理的設(shè)計會被及時察覺并修改，提高了直

　　觀性和可操作性。并使設(shè)計和分析很好地結(jié)合。例如結(jié)合計算導(dǎo)管的振動頻率和振動應(yīng)力專用軟件，直接把導(dǎo)管的三維數(shù)據(jù)送到專業(yè)的分析計算程序中進行分析。當未滿足設(shè)計要求時，可在數(shù)字樣機上進行修改，從而提高了設(shè)計效率。

　　(3)在真實發(fā)動機裝機過程及裝機到位后經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)動機外部管路個別地方可能需要修改。這一階段出現(xiàn)大的反復(fù)修改工作不僅提高了成本

　　，延長了周期，而且會耽擱真實發(fā)動機的交付進度。而使用數(shù)字樣機，能夠快速、方便、直觀地提供與飛機協(xié)調(diào)依據(jù)，提前模擬裝機協(xié)調(diào)過程，來檢驗發(fā)動機的外廓是否合理、接口是否準確及裝機位置的維護是否可達。摸清飛機要求發(fā)動機的邊界條件，縮短周期，保持完善的飛/發(fā)一體化設(shè)計。

　　(4)由于采用了三維設(shè)計方法，極大地方便了數(shù)字化產(chǎn)品的CAD、CAM、CAI和CAE的集成和產(chǎn)品裝配過程、匹配情況的檢測和分析，增強了發(fā)動機外部管路設(shè)計的可靠性和維護性，提高了發(fā)動機設(shè)計研發(fā)水平。

　　5 結(jié)束語

　　UG是世界上最先進的CAI/CAD/CAE/CAM高端軟件，其應(yīng)用為工程機械設(shè)計師們提供了發(fā)動機外部管路設(shè)計的高效靈活的工具，將許多原來一直無法實現(xiàn)的想法變成了虛擬現(xiàn)實。