飞行器舱段结构快速设计方法研究

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在短期内设计出满足客户个性化要求、质量可靠、性能优良的产品，是企业在激烈的市澈争中占据有利地位的关键§速设计技术是当前市场在产品多样化、系列化、需求多变的形势下提出并发展起来的§速设计，又称快速响应设计，是-种以缩短产品开发周期，提高产品设计质量为目的的现代设计方法 J。

飞行器的舱段结构是飞行器系统的重要组成部分，它主要由各个舱段、各种升力面和各种必需的机构以及外部零件组成。本文以飞行器的舱段结构为例，研究快速设计方法在飞行器结构设计上的应用。飞行器的舱段有天线罩、仪器舱、有效载荷舱、动力舱、舵机舱等，各舱段有序地连接成-个整体，外部产生气动力，内部构成-个完整的承力系统，承受并传递飞行器在运输、停放、储存和飞行工况下的载荷，保证飞行器完成设计任务 。

1 飞行器舱段结构快速设计1.1 飞行器舱段 结构传统设计方法飞行器典型舱段的骨架结构-般包括前端框、后端框、环向筋、纵向筋、蒙皮等，飞行器舱段结构在设计过程中尤其是方案论证阶段-般都需要对上述各个结构形式、参数等进行调整或者修改。传统的设计方法流程如图 1所示，设计人员在三维造型软件中-步-步手动绘制模型，再由专业的结构分析人员将模型导入分析软件中进行计算，将分析得到的结果反馈给设计人员，设计人员根据结果对结构参数进行修改、调整，重复上述步骤，直到得到符合设计要求的产品为止。这种方式的重复性工作量大，效率低，模型修改、计算工作占了整个设计工作的大部分时间，导致开发创新时间不足，产品开发周期长。

图 1 传统 的设计 方法流程1.2 基 于 CAD/CAE集成的快速设计方法CAD与 CAE是现代设计方法中的两个重要组成部分：CAD即计算机辅助设计，利用计算机强大计算能力、数据处理能力及绘图建模功能，通过人机交互实现产品设计。CAE即计算机辅助工程，利用计算机辅助求解复杂工程中的结构力学性能，以及优化结构性能等。CAD/CAE集成可以避免设计过程中的重复性工作，节约时间，提高工作效率。目前实现 CAD/CAE集成的方式主要可以分成 3类：(1)在 CAD系统中实现 CAD/CAE的集成。(2)在 CAE系统 中实现 CAD/CAE的集成。

本文研究的快速设计方法是在第三方系统中集成CAD与CAE系统，运用VC语言构建快速设收稿日期：2012-12-28作者简介：蔡敏(1 987～)，男，安徽芜湖人，湖北航天技术研究院总体设计所工程师，硕士，主要从事机械产品结构设计工作。

· l9·2013年第 42卷 机械设计与制造工程关的参数保存至后台数据库，并驱动 CATIA生成相应的三维模型。

步骤 3：用户对生成的三维模型确认后，可以点击结构分析”，程序会启动 ANSYS，并根据数据库的参数生成舱段的有限元分析模型。图 7所示为在平台下建立的某典型舱段的三维设计模型和有限元分析模型。

-图7 某典型舱段三维设计模型和有限元分析模型步骤 4：在 ANSYS软件里对舱段进行有限元分析，并根据结果回到主界面，再对设计参数进行调整，重复上述步骤 1～3，直到得到合理的产品为止 。

运用本文开发的平台可以实现飞行器舱段结构的快速设计 ，设计人员可以通过进-步分析计算 ，最终可以得到符合设计要求的产品。

3 结束语产品快速设计方法的提出和发展已经有很长时间，但是应用在飞行器舱段结构设计上较少。本文针对传统的飞行器舱段结构设计过程中存在反复修改、重复性工作 量大的问题，研 究 了基于CAD/CAE集成的快速设计方法，开发出了飞行器舱段快速设计平台。实际应用表明，本方法和平台有助于提高产品设计效率，缩短产品开发周期，具有-定的应用价值。本文提出的方法和开发的平台目前只实现了三维设计模型和有限元分析模型的集成，还没有涉及二维工程图和设计报告等，后续将进-步深入研究。