基于proe平臺上的固體火箭發(fā)動機裝藥CAD軟件設計軟件設計

2013-07-01 by:廣州proe教育培訓中心來源:廣州proe培訓中心

1.前言
固體火箭發(fā)動機藥柱燃燒過程中燃面面積的精確計算在固體火箭發(fā)動機設計中一直占有重要地位,國內(nèi)外學者對此也提出了很多計算方法,像通用坐標法、有限元素法和邊界坐標法等,但這些方法基本都是數(shù)值法,其輸入復雜,無法顯示燃燒過程中燃面的精確變化,計算精度不高且容易產(chǎn)生燃面波動。隨著計算機軟硬件的飛速發(fā)展,尤其是通用CAD軟件的發(fā)展,為解決這一問題提供了許多基于圖形處理的新方法。

proeNGINEER是美國PTC公司推出的新一代CAD/CAE/CAM軟件,它具有基于特征、全參數(shù)、全相關、單一數(shù)據(jù)庫等特點。自推出以來,由于其強大的功能,很快得到業(yè)內(nèi)人士的普遍歡迎,并迅速成為當今世界最流行的CAD軟件之一。除了上述優(yōu)點外,proeNGINEER提供了完整的二次開發(fā)接口,使得用戶可以基于proeNGINEER平臺開發(fā)定制適合各個行業(yè)的應用軟件。本文正是基于此開發(fā)了固體火箭發(fā)動機裝藥CAD軟件。軟件開發(fā)中利用proeNGINEER 2001提供的二次開發(fā)包Pro/Toolkit和Vc++6.0為工具,充分利用了proeNGINEER強大的三維建模功能和參數(shù)化的特點。

2.軟件設計原理及功能簡介

2.1 菜單設計
由于軟件的功能全部是在零件圖模式下完成的,因此軟件采用模式菜單如圖1、2所示。

2.2 自動建模
軟件之所以要提供自動建模模塊,一方面是為了提高藥柱的建模速度,另一方面是因為軟件要實現(xiàn)推移燃面的功能,因此對作圖方法有一些限制,利用自動建模程序就可完全滿足推移燃面的需要。<BR>Pro/Toolkit提供了三種程序建模的方法:特征描述、簇表、UDF,文獻1對這三種方法做了詳細介紹,該軟件采用相對比較簡單的UDF方法,翼柱形藥柱一般由外輪廓、內(nèi)孔、翼、槽構(gòu)成。外輪廓采用添加材料的旋轉(zhuǎn)特征構(gòu)成,內(nèi)孔為孔特征,翼為掃描特征,槽為剪切材料的旋轉(zhuǎn)特征。預先構(gòu)建這些特征并定義好參考基準、可變尺寸以及可變尺寸的記號(Symbol),然后將這些信息存為一個后綴為gph的文件。通過程序調(diào)用這些文件并給可變尺寸及參考基準重新賦值即可自動產(chǎn)生藥柱模型。圖3為一種類型翼的自動建模窗口,圖4為利用自動建模程序建立的最終藥柱模型。

基于proe平臺上的固體火箭發(fā)動機裝藥CAD軟件設計軟件設計proe設計案例圖片1

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2.3 燃面推移及特征量計算
利用程序每間隔一定的時間修改圖形的一些尺寸(如圓筒形幾何體的內(nèi)孔直徑),由于proeNGINEER具有參數(shù)化特性,尺寸可以驅(qū)動圖形的改變,因此便可模擬出裝藥的整個動態(tài)燃燒過程,再在每一時刻利用Pro/Toolkit提供的函數(shù)精確計算燃燒面積等裝藥參數(shù)即可。然而,程序的具體實現(xiàn)還需要解決以下幾個主要問題。

2.3.1 裝藥中燃面與非燃面的區(qū)分
Pro/Toolkit自身帶有精確計算曲面面積的函數(shù),既可以計算整個圖形的面積,也可以計算某個曲面的面積。但proeNGINEER并不能自動區(qū)分燃面與非燃面。仔細研究proeNGINEER的建模方法不難看出,在裝藥建模中,所有的非燃面都是通過添加材料方法生產(chǎn)的,而燃面幾乎都是通過非添加材料的方法,如打孔、切割材料等方法生成。因此,通過程序累加各個非添加材料類型的曲面面積,即可精確的計算出燃面面積?？紤]到一般情況下燃面曲面的數(shù)目遠大于非燃面曲面的數(shù)目,因此程序中通過計算總面積和非燃面面積,然后取二者之差,即可求出燃面面積。

2.3.2 平行推移原理的實現(xiàn)
裝藥是按照平行推移規(guī)律燃燒的,因此,仿真燃燒過程時尺寸的改變必須符合平行推移原理,對于簡單幾何特征如圓柱面,只需改變其半徑或直徑即可實現(xiàn),但對于斜面就必須特殊處理。

斜面定位尺寸在proeNGINEER中一般如圖5所示,在肉厚推移量一定的情況下,改變尺寸d1、d2、d3、d4中任何幾個都不能滿足平行推移,構(gòu)造線為解決這一問題提供了簡便的方法。構(gòu)造線在proeNGINEER作圖過程中只起到定位作用,不會為圖形添加新的特征。如圖6所示,可以利用構(gòu)造線作一與斜面相切的圓,要實現(xiàn)平行推移,只需改變圓的半徑即可。事實上,在裝藥圖形中大多數(shù)相交的面在相交處都有倒角,改變倒角半徑即可實現(xiàn)倒角及與其相切面的平行推移。

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