CC BY
76
УДК 621.9.047
ПУТИ 3Б - ПАРАМЕТРИЗАЦИИ ЛОПАТОК ГТД ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
В САБ/САМ/САЕ ПАКЕТАХ
© 2008 В. Г. Смелое, И. Л. Шитарев Самарский государственный аэрокосмический университет
Статья посвящена актуальной проблеме современного авиадвигателестроения - созданию параметрической модели лопатки. Приведены результаты работы по параметризации статорной лопатки компрессора 7 ступени двигателя НК 14 СТ. Представлена программа по созданию макроса для формирования 3Б модели пера лопатки. Обсуждаются области использования результатов работы.
Модель, лопатка, параметры, программа, объемное моделирование, 3В - параметризация
Компьютерное моделирование во многом ускоряет процесс изготовления деталей за счет выявления и устранения возможных ошибок на этапах конструирования, проектирования и изготовления изделия. Оптимизация ранее созданных технологических процессов необходима в силу долгосрочного их использования и стремления к уменьшению расходов на производство.
Трехмерная (3D) модель является основой всего компьютерного моделирования. От точности создания 3D модели зависит достоверность последующего моделирования. Будь то инженерные расчеты в CAE -системах или создание управляющих программ для станков с ЧПУ в CAM - пакетах. Например, в процессе моделирования ЭХО при определении окончания обработки необходимо знать величину припуска, который определяется геометрическими параметрами модели. Поэтому от точности модели будет зависеть прогнозируемая точность расчетов [1]. 3D модель должна быть не только точной, но и параметрической. Под точностью мы понимаем соответствие модели реальной детали. Под параметризацией мы понимаем не только возможность быстрой перестройки 3D модели при изменении характерных размеров, но и автоматическое изменение расчетов в CAE - системах и изменение управляющих программ в CAM - пакетах.
Нами была поставлена задача построения объемной модели тела и параметризации ее с использованием Unigraphics NX. Данный пакет специально предназначен для создания 3D моделей и объединения воеди-
но всех процессов проектирования, изготовления изделия и предварительных инженерных расчетов. Unigraphics NX - это не единственный графический редактор, которым можно воспользоваться для решения задач параметризации, альтернативой ему могут выступить пакеты Solid Edge, Solid Works, CATIA или ADEM.
Лопатка компрессора является одной из самых сложных деталей газотурбинного двигателя. Дга ее создана на этапе проектирования используется большое количество расчетов в CAE - пакетах. На этапе изготовления лопаток применяется множество методов обработки. Для построения объемной модели нами была взята реальная деталь двигателя - статорная лопатка седьмой ступени компрессора ГТД НК-14СТ. Данную деталь можно относить к лопаткам средней длины с замком типа ласточкин хвост. Для точного построения криволинейных поверхностей лопатки обратимся к заводскому чертежу детали. Перо лопатки получается расчетным путем и имеет сложную форму. Сейчас на предприятиях принят табличный (координатный) метод задания поверхности пера. На чертеже приводится таблица с координатами характерных точек пера. Сложность параметризации лопатки заключается как раз в необходимости параметризовать табличные кривые.
Для осуществления параметризации модели существует два метода. Первым методом является параметризация с помощью «обр^меривания» характерных точек (точек сплайновых поверхностей) и выведения всех размеров в разряд параметризующих непо-
средственно в Unigraphics NX. Изменение 3D модели происходит за счет изменения параметрических размеров непосредственно в пакете моделирования. Вторым методом параметризация осуществляется с помощью создания алгоритма построения 3D модели в стандартном текстовом файле, который, по сути, является последовательной записью всех макрокоманд по созданию модели. Параметризация в этом случае достигается путем изменения текстовой информации в текстовом файле макроса с последующим изменением модели в пакете построения.
Первый путь является долгим и трудоемким за счет необходимости образмеривать большое количество точек в пространстве и наличием большого числа как регулирующих, так и регулируемых параметров. Мы пошли по второму пути, а именно: создали текстовый макрокоманд по построению 3D модели лопатки в Unigraphics NX. К достоинству данного метода можно отнести удобство создания текстового файла и простоту команд по построению объектов Unigraphics NX.
Нами была проведена работа по анализу команд макроса для дальнейшего использования в построениях моделей. Получены макросы для создания точек в пространстве, прямых, сплайнов, поверхностей, тел. Макрос представляет собой текстовую запись всех команд, используемых при построении модели. Рассмотрим макрос по построению сплайна в пространстве по точкам, причем точки берутся из текстового файла фис. 1). В нем содержится информация о пакете, для которого этот макрос создан, о названии файла, версии макро редактора, пользователе, о параметрах отображения и собственно команд и действий по созданию сплайна.
Макрос полностью отражает последовательность выполняемых действий^ Например^ ^^^^^ия сплайна в Unigraphics NX необходимо запустить воспроизведение макроса, и на экране последовательно, с отображением всех используемых команд и действий в виде мультипликации отобразится построение сплайна в пространстве.
На следующем этапе работы возникла необходимость автоматизации создания макроса по формированию 3D - модели ло-
иг'дгарМс; ч-. l.L.:.I
Чаїгс Fi'e; [^\Еї'і:\Нік'Ої\ї|Лііг рс :«iam і: fa'la.iiiacrc Ч.і: 11 Vr - її -I .'.If
rsitsd IQKTiHTHh DP J.ur Mitf ІЗ H: :l: ll: !0Li Pa-I Display ?:/!=: iFI.ENWE sl (jf.iiL-i pj■■ и.c."l і : і.ігош :
Display =iranet=rs I.U'jU'j ;,ґУ№-' -I.CU'jU
* Л**- 4-і, ******
kb-.L
ЧЕ-JU, U3 iKETCh SPLINE US GCIWAY VAIN HEUBA*
SI Ч_С"І ГГТ '
L'.ALJ'j L Г-- CUL1 L с IR_~n TT 1 "
U.AL:L(_b'IU C,
dialog eegin
FTLTTTM t
і ! :j:].Ll: нар:
Soli ie "ircjgr Poi t;
FI'.TTTM 4 ” Ьі'ЬИ AUlt-Alb
R.'.OI Cj -
0 J. 5, L,
Ait: iteh і ime c.i - j
а'к.ттгм с " тт (.) - и
L;JU ^LL =)■_I 1
e-jd iteh с f.aji cj - и
flu 11 ьм : іиь Li - :
E-JD ITEH 1 :;i BOOL Cj -
P"M .'.і”__Г 'JP p, 1 S|l I ' III' Tf
III-К И
с
v JI I ' 11 I ■1 cf |ПҐ ' I '..ir^s L'sgrss
1 NV'll nirv
L! KCJn:: f"0" -11s ! Cjrus Dsgres
1 ■■■ JI і ■ 111 ■ ■ "ґ ртґ ■ I
vjlt;pls Senile ТСЇ '..irus L'sgris C'ossd Curus
и и:' і Г 11 г 11 : in Г'ііІГ.'і'г I in :i
і-__ь лх и:,'Іьз\І2''Мік"оз,',,:о<;пМ dl'a 3olaJna.dai: SET VALUE; t ! -SB "ЄІЛ
P'UI ■.|“_F-1”Tк *:il і-ll- “-II I Jijh
ЕЇЗ ITEH С :'C F.AOI Cl - I.'
lr.
FTI_TTI"M 7 ‘. t ТКТГ t.
l=/j_i і ьм 1 ;L u'.'lh
SJB iEL=CT I
С и 1 ."'K r,i It і. V
AjK і і ьм : fL IMt О
Pni-i s" t.
■■■jit" pi = Senile ТСЇ
■ Jl V Г. ■ Ч |Г'Ґ ■'
■.'ossd Lur^s
і -j
С. 'С ГЛ'Я с
д=;к_птм
t'lU.lltM E-JD ITEH Г 'Jn.TTTM Li_AL.U_hsIU -2, J
1Г-
;l ka.u :;c ir-TE tj r.-.qi f)
L-pl ns ihouci hDlrni
LjruS usgris
J I I ' 11 I ■' |ЛГ 'I s
■■■.ili;J pi s L;{j(«-TC3 Cjr^s Csgres
NV'll nirv OK
P"4I'|-,_F_^R r.-llH -ІГ- "irrjgl- Pill ri" С
'.ll^pls ^Ї^ІЇ-ТСЗ
Cjr^s Dsgres і r. ■ ЧI nir'V'
L=Tj 11 ЬМ L 'L. KA.U L1 - 0
EE<] ITEH і ІГ-ТЕ tj - :
FTi_TTrM 4 " R.-.OI t) - и
L: JU ^LL =f'_ I 1
DIALOG E'JD -J, 'i ;pl:ns TI--0UC1 FDil-ts; CTIEL Рис. 1. Фрагмент макроса для создания сплайна по точкам
патки для сокращения времени, закачиваемого на создание макроса. Данную задачу мы решили с помощью языка программирования Delphi^ ^шисана програм-
ма по созданию макроса. Она представляет собой стандартное приложение под Windows и дополнительного программного обеспечения для работы не требует. После запуска этой программы пользователь должен будет лишь заполнить соответствующие окна программы, мрактериз^щие геометрию лопатки. А программа вставит эти значения в тело макроса. Например, для ввода точек сплайновых поверхностей корыта и спинки были разработаны окна в виде таблиц и озаглавлены именами характерных сечений лопатки (рис. 2). В результате работы программы будет создан макрос, который мы сможем воспроизвести в пакете Unigraphics NX. В результате воспроизведения в виде анимационного ролика мы увидим все этапы
построения модели. На рис. 3 показана 3Б произведена макроса по созданию пера.
модель пера лопатки полученная после вос-
P-yttild Вы-. О is Сии» 1 Спок і 1 Сечв не ? 1 Семене .4 1 1 Сстсяей 1 Сдз*н*е 11 1
Стінка
•■.up !
КоавдашгглХ IK - j-jjjme t rf ї T Кмрік-ігтдУ К«ЧШ)т«Г 1
її. 41 ■t.r* *.» гэ.я -ЇА7 -0.»
■гг.» 1.П *_2£ 22.au -Щ ■о.я
■22.41 ret ■22.43 -?.*■ -Q.2*
-21.34 (И5Ї ■•..36 21.» -г.ю (ИЛ
гак Qtlfl ■г.нб
1Ї.П 4.2S -*ДЄ 19.22 г.я о. л
1 ?.« Ю.М *.ae 17.W г.и 0.Ї*
ни \U 14» ■і.к ■а.н
1№.И 5.2Ї *ле 13.F,!, -1.43 ї.«
-е,л 2.S* •*.36 ■1.W о.г*
■Г.» 2.ТЛ ■*JK ■ZJB ■1.23 ■0.2*
2.2* ■*.£€ i. is ■1.зг 1Я
Є,Б1 1,« ■1.» 9.»
10. ГГ C.T7 * jt it. 73 1 BE -В.Л
9.Й ISJ01 г.м -0LW
1? ІП 1.» *.26 IMi г.л
ЇЗ.кЧ 2A7 -f Jt ?t,2T Ї.Є5 ї.лг
Рис. 3. Модель пера лопатки, созданная путем воспроизведения макроса
Таким образом, нами была создана программа по формированию макроса для построения 3D модели лопатки в Unigraphics NX. Отметим, что есть ограничения по созданию модели лопатки. А именно: макрос формируется только для создания пера компрессорных лопаток, для построения пера используется только восемь характерных сечений. В дадьнейшем перечисленные ограничения будут устранены.
На основании перечисленного можно говорить о создании параметрической модели лопатки, которая позволит:
• созд^ать трехмерные модели лопаток, минуя графические построения в пакете Unigraphics NX;
• изменять трехмерные модели лопаток без использования Unigraphics NX;
• автоматически изменять рабочую документацию;
• быстро и точно передавать 3D модели из Unigraphics NX в CAE - пакеты;
• своевременно изменять геометрию, используемую в САМ - модуле Unigraphics NX ми САМ - пакетах для создания управляющих программ для станков с ЧПУ.
Библиографический список
1. Смирнов Г.В, Смелов ВТ. Математическое моделирование процесса ЭХРО// Вестник СГАУ, 2003. Вып.1.
2. М. Краснов, Ю. Чегшцев. Uni-grafics для профессионалов. - Москва: Издательство «ЛОРИ». 2004. - 320с.
References
1. Smirnov G.V. and Smelov V.G. Mathematical modeling of the Electrolytic Dimen-
sional Machining Process. SSAU Reporter, part 1, 2003.
2. M. Krasnov and Y.Tchegichev. Unigraf-ics for experts. Moscow: “LORI Publishment”, 2004.
WAYS 3D PARAMETRIZATION TJ BLADES FOR USE CAD/CAM/CAE PACKAGES
© 2008 V. G. Smelov, I. L. Shitarev Samara State Aerospace University
Article is devoted to an actual problem of modern aviation propulsion engineering - to creation of parametrical model blades. In article results of work on parametrization blades the compressor of 7 steps of engine NK 14 ST are resulted. The program on creation macros for formation 3D is submitted to model to a feather blades. Areas of use of results of work are discussed.
Model, blade, parameters, program, solid modeling, 3D-parametrization
Информация об авторах
Смелов Виталий Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры производства двигателей летательных аппаратов Самарского государственного аэрокосмического университета. E-mail: pdla [email protected]. Область научных интересов: электрохимическая обработка, высокоскоростная обработка закаленных материалов, станки с числовым программным управлением.
Шнтарев Игорь Леонидович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой производства двигателей летательных аппаратов Самарского государственного аэрокосмического университета. E-mail: [email protected]. Область научных интересов - проблемы производства двигателей.
Smelov Vitaliy Gennadievich, Candidate of Engineering Science - associate professor of Samara State Aerospace University “Aircraft Engine Designing” department. Phone: 8 (846) 2674776. E-mail: pdla [email protected] Area of research: electrochemical processing, high-velocity processing ofhardened materials.
Shytarev Igor Leonidovich, Doctor of Engineering Science - professor, head of Samara State Aerospace University “Aircraft Engine Designing” department. E-mail: [email protected]. Area of research: engine designing issues.
