CC BY
6
УДК 629.7:004.925.8
В В. ВАНИ, Г.А. В1РЧЕНКО
Нацюнальний техшчний унiверситет Украши "Кшвський полiтехнiчний шститут"
СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧН1 ГЕОМЕТРИЧН1 МОДЕЛ1 ЯК ЗАС1Б ШТЕГРАЦП АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ СУЧАСНОГО
Л1ТАКА
Дану публжащю присвячено питанням ттеграцй pi3Honnameux процеав проектування сучасного лтака, зокрема, в аспектах таких дисциплт як аеродинамжа, мщтсть, конструкщя, технологiя виробництва, експлуатащя тощо. Як базовий зааб для реалiзацií поставленоi мети пропонуеться широке використання комп 'ютерних структурно-параметричних геометричних моделей.
Ключовi слова: автоматизоване проектування, комплексна оптимiзацiя, лтак, структурно-параметричт геометричт моделi.
V.V. VANIN, G.A. VIRCHENKO
National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute"
STRUCTURAL-PARAMETRIC GEOMETRIC MODELS AS A TOOL FOR INTEGRATION AUTOMATED DESIGN OF MODERN AIRPLANE
Annotation
The purpose of this article is to explore the use of structural-parametric geometric models for the integration of different design processes of modern aircraft. This applies to such disciplines as aerodynamics, strength, design, technology, maintenance, etc. This paper discusses the creation of variant aerodynamic models of airplane, constructive schemes of wing, layouts of fuselage, manufacturing processes for parts and assemblies. The offered methodology of aided design can be extended to other technical objects, such as ships, cars, machine tools, appliances, etc. The proposed approach of using structural-parametric geometric models requires further research and their practical implementation. This direction is one of the priorities for the scientific school of applied geometry in the National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute".
Keywords: aided design, airplane, complex optimization, structural-parametric geometric models.
Постановка проблеми. Розробка сучасних складних техшчних об'екпв, таких як, наприклад, лтгаки, корабл^ автомобш, верстати i т. д., ниш здшснюеться з широким використанням комп'ютерних моделей рiзних наукових дисциплш. Зокрема, для лггаюв це стосуеться аеродинамiки, мщносл, конструкцп, технологи виробництва, експлуатаци тощо. Актуальною проблемою в даному випадку постае питания ефективно! штеграцп окреслених моделей, осшльки вимоги зазначених дисциплш до створювано! продукцп доволi часто мають суперечливий характер. Серед рiзноманiтних математичних опиав опрацьовуваних техшчних об'екпв геометричш моделi в дослщжуваному аспекп займають особливе мюце. Це пов'язано з тим, що параметри форми та розмiрiв поеднують усi iншi моделi певного виробу в едину цшсну систему, забезпечуючи можливiсть продуктивного проведення l! комплексно! оптим1зацд. Тому в наш час важливими постають задачi подальшого удосконалення комп'ютерних геометричних моделей для проектовано! техшчно! продукци.
Анaлiз публiкацiй з дослвджуваноТ теми. У праш [1] зроблено огляд найб№ш популярних нинi в машинобудуваннi систем автоматизованого проектування, показано провщну роль у них засобiв геометричного моделювання, обгрунтовано перспективнi напрямки !х подальшого розвитку. У статтi [2] подано засади запропоновано! авторами методологи структурно-параметричного формоутворення технiчних об'ектiв. У публжа^х [3-6] наведено приклади застосування цього шдходу вiдповiдно для: [3] - моделювання аеродинамiчних поверхонь крила; [4] та [5] - конструювання деталей та вузлiв планера; [6] - розробки технологи виготовлення складанних одиниць лггака. Аналiз розглянуто! тематики засввдчуе актуальнiсть питань використання структурно-параметричних моделей як засобiв штеграцп зазначених та шших процесiв автоматизованого проектування лггальних апаратiв, здiйснення !х комплексно! оптишзаци.
Формулювання цiлей CTaTTi. Завданням дано! публжаци е виклад основ методики штегровано! комп'ютерно! розробки сучасного лггака, що спираеться на застосування його структурно-параметричних геометричних моделей.
Основна частина. З метою спрощення свого опрацювання у процеа проектування складнi технiчнi об'екти, як правило, див. показаний на рис. 1 приклад лтгака, подiляються на частини, яш надалi, для забезпечення пошуку оптимально! конфiгурацi! виробу, дослщжуються в дек1лькох варiантах.
Рис. 1. Теоретична поверхня л1така Л: а - загальний вид; б - структурна схема; в - граф вар1антш К - крило; Ф - фюзеляж; О - оперення; Ш - шаск Д - двигуни
Склад агрегапв планера наведеного лггака Л подаеться наступною упорядкованою множиною
Л = (К, Ф, О, Ш Д) = (л,- (1)
де К=(ЦК, ПК, ЛК): ЦК - центроплан крила, ПК та ЛК- права та лiва консолi; Ф=(НФ, МФ, ХФ): НФ, МФ, ХФ - носова, мвделева та хвостова частини фюзеляжу; О=(ГО, ВО): ГО та ВО - горизонтальне та вертикальне оперення; Ш=(ОШ): ОШ - обпчник шасi; Д=(ПГ, ЛГ): ПГ та ЛГ - права та лiва гондоли двигунiв.
У довтному випадку, подiбно до виразу (1), склад опрацьовуваного об'екта О визначаеться множиною його елеменпв
О = (о, , (2)
де N - натуральне число.
Рiзновиди в, ввдтворюються кортежем варiантiв
О, = (о,. , (3)
де N - число останшх, та векторами параметрiв
Щ-
Р = )1 ' , (4)
де ^у - шльшсть параметрiв у-го варiанта /-го елемента.
Структурний взаемозв'язок мiж рiзновидами п-1 та т-1 складово! об'екта О вiдображають матрицi сумiжностi
С =
спг ст5
; п,т е (1, ... , п Ф т; г е (1, ... , Ып); 5 е (1, ... , Ыт),
(5)
де спгст!ф0 при можливiй взаемоди варiантiв впг та вт, спгст=0 - у протилежному випадку.
У результат використання формул (2) ... (5) отримуемо множину варiантiв проектованого
об'екта
О = (Ок ^, (6)
яка може бути проiлюстрована зображеним на рис. 1, в графом.
Розглянуп прийоми моделювання застосовуються i для нижчих ieрархiчних рiвнiв декомпозицп проектованого виробу, зокрема, таких агрегапв планера л1така як його крило К та фюзеляж Ф, див. рис. 2 та рис. 3.
а б в
Рис. 2. Вармнтне формоутворення крила К: а - денк1 рпновиди вих1дних аеродинамiчних мрофШв; б - геометричнi параметри крила у плат;
в - мриклади мобудованих моверхомь
Для структурно -параметричного варiантного формування наведеного крила вихвдними даними е множини аеродинамiчних профiлiв ПР\ та ПР2 (ввдповщно для кореневого, з хордою Ъ0, та шнцевого, з хордою ЪК, поперечних перерiзiв)
ПРХ = (ПР,п , ПР2 = (ПР2т 2. (7)
Структурний взаемозв'язок мiж елементами кортежiв (7) визначаеться матрицями сум1жносп
с1,2 = |с1,с2,11; г е (1, ... , ); 5 е (1, ... , Ыпр2 ),
де с1гс2хф0 при можливiй взаемоди профшв ПР1г та ПР2с1гс2х=0 - у протилежному випадку.
Конкретний рiзновид проектовано! поверхнi формуеться шляхом потрiбних параметричних модифiкацiй хорди, товщини та угнутостi вихвдних аеродинамiчних профшв, належного !х розташування у прямокутнш декартовiй системi координат Охух зпдно з потрiбними кутами атаки, стрiлоподiбностi х та поперечного V крила в базових площинах, якi зумовлюють його розмах Ь. Зазначимо, що бiльш докладно окресленi питания висвилюються, наприклад, у публжаци [3]. Як результат отримуемо множину, що вщповщае виразу (6), теоретичних поверхонь крила
К = (К к . (8)
На рис. 3 подано структурно-параметричну побудову фюзеляжу Ф, виконану за допомогою розглянутих вище прийомiв моделювання.
а б
Рис. 3. Вармнтне коммонування фюзеляжу Ф: а - структурна модель; б - рпновиди частин моверхнi; в - мриклади фюзеляжiв
У такий спосiб одержуемо кортеж рiзновидiв фюзеляжу
ф=(Фк )5=(Фк
За аналогiею з виразами (8) i (9) створюються множини проектних варiантiв для оперення, шас
ф=(Фк )5=(Фк . (9)
в
та двигушв
О = (О* )№, Ш = (Шк )Г, Д = (Дк N.
Подiбно до проан^зованих аеродинамiчних моделей крила та компонування фюзеляжу, згiдно з викладеним вище шдходом, розробляються силовi схеми зазначених агрегапв планера лiтака та конструкщя !х вузлiв i деталей, див. рис. 4.
Рис. 4. Приклади проектних вармнив силових схем агрегапв та конструкци вузлiв i деталей: а - крило; б - фюзеляж; в - лонжерон 1 - стшка; 2 - пояси; 3 - стояки
На рис. 4, а геометричними параметрами конструктивно-силово! схеми крила е: а, Ь, В -вадповадно вiдстанi мiж нервюрами, стрингерами та лонжеронами; 5 - товщина обшивки; Н1 та Н2 -висота першого та другого лонжерошв. Положения шпангоутiв i стрингерiв фюзеляжу (рис. 4, б) визначаються схожим чином. Застосування структурно-параметричних геометричних моделей для розробки технологи виготовлення зображеного на рис. 4, в лонжерона доволi докладно проаиалiзоваио у статп [6].
Отже, в данш публшацп нами проiлюстроваио можливiсть використання структурно -параметричного варiаитного формоутворення в якосп ефективно! основи для штеграцп рiзноманiтних процесiв автоматизованого проектування сучасного лижа.
Висновки. Перспективним напрямком подано! вище тематики е проведення подальших наукових дослiджень у напрямку застосування структурно-параметричних геометричних моделей для етапу експлуатацi! лiтака з метою проведення на базi цього комплексно! оптимшци всього його життевого циклу, а також поширення наведено! методологi! на автоматизоване проектування iнших технiчних об'екпв.
Л1тература
1. Вiрченко Г.А. Геометричне моделювання як одна з основних складових сучасних систем автоматизованого проектування [Текст] / Г.А. Вiрченко, В.В. Ванш, В.Г. Вiрченко // Прикл. геометрiя та iнженерна графiка: зб. наук. праць.- К.: КНУБА, 2007. - Вип. 77. - С. 129-134.
2. Вашн В.В. Визначення та основш положення структурно-параметричного геометричного моделювання [Текст] / В.В. Ванш, Г.А. Вiрченко // Геометричне та комп'ютерне моделювання: зб. наук. праць. - Харшв: ХДУХТ, 2009. - Вип. 23. - С. 42-48.
3. Вашн 1.В. Геометричне моделювання крила лггака на стадi! есшзного проектування з використанням кривих Безье третього порядку [Текст] / 1.В. Ваиiн, Г.А. Вiрченко // Праш Тавр. держ. агротех. академi!. - Меллополь: ТДАТА, 2006. - Вип. 4. Прикл. геометрiя та iнженерна графiка: зб. наук. праць. - Т. 31. - С. 89-95.
4. Вiрченко Г.А. Структурно-параметричне твердопльне геометричне моделювання стояков планера лггака [Текст] / Г.А. Вiрченко, В.В. Ванш, В.Г. Вiрченко // Праш Тавр. держ. агротех. ушверситету. -Вип. 4. Прикл. геометрiя та Тнженерна графiка: зб. наук. праць. - Меллополь: ТДАТУ, 2008. - Т. 37. - С. 83-91.
5. Вiрченко Г.А. Деяш питання комп'ютерного структурно-параметричного конструювання вузлГв лггака [Текст] / Г.А. Вiрченко // 1нформацшш системи, мехаиiка та керування: наук.-техн. зб. - К.: НТУУ "КП1", 2008. - Вип. 1. - С. 70-76.
6. Вашн В.В. Структурно-параметричш геометричнi моделi як iнварiантна складова комп'ютерних шформацшних технологiй шдтримки життевого циклу виро6Гв машинобудування [Текст] / В.В. Вашн, Г.А. Вiрченко, В.В. Ваиiн // Праш Тавр. держ. агротех. академи. Меллополь: ТДАТА, 2007. - Вип. 4. Прикл. геометр1я та шженерна графiка: зб. наук. праць. - Т. 36. — С. 16-21.
