1 引言

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

　　發(fā)動機外部有數(shù)以百計的導管和電纜以及各種形式的卡箍，導管空間走向非常復雜，因此敷管工作非常復雜。而且由于集成了全部發(fā)動機零組件，導管空間曲線的確定很困難。敷管時，要考慮導管和導管、導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)動機外部管路設計，修改方便且直觀，為數(shù)控彎管、圖解目錄和零組件的應力計算提供了精確的數(shù)字模型。

　　2 UG軟件在航空發(fā)動機外部管路設計中的應用

　　2.1 虛擬裝配

　　用UG軟件構建航空發(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計技術。自底向上設計，即將大量零件同時調到工作面上，并在其基礎上進行第2次建模，然后再裝配;自頂向下設計，即由最終模型派生出其下一級子模型具有相關性的基本參數(shù)，然后進行子模型設計。裝配模塊具有高效、高容量的裝配設計功能。利用WAVE技術實現(xiàn)在裝配關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)動機結構復雜，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、設計規(guī)則和管線材的標準等。

　　利用UG軟件在計算機上敷設導管時，當發(fā)動機附件和導管相關的零組件安裝到位后，要確定出導管的起點和終點位置。在確定導管空間位置時，要先確定導管的走向和導管經(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 外部管路敷設過程

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

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

　　當導管中心線不能滿足要求時，可以通過TransformPath來移動或復制管線的線段或控制點來改變管線走向和形狀，從而改變導管形狀。在改變導管形狀的過程中還要不斷的改變坐標來適應導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。

　　在導管的敷設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)生的中間文件轉化生成。如將數(shù)控彎管機生成的中間文件IGES格式導入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來偏移導管中心線生成。

　　在導管路徑上生成導管時，從預先定義的數(shù)據(jù)庫中選擇導管的外徑、壁厚和材料，通過AssignStoCkStyle來指定生成導管的顯示形式，可以為簡單的圓柱形的導管形式，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)的生成和轉換

　　通過UG軟件生成的導管可以實現(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，裝配無應力，提高了發(fā)動機外部管路的工作可靠性和壽命。

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

　　3 并行技術

　　3.1 干涉/間隙檢查

　　(1)靜態(tài)干涉檢查可以在發(fā)動機設計過程中對發(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)機構動力學運動分析檢查機構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)實技術讓管理及設計人員可以迅捷地“看到”設計產(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)字設計技術進行航空發(fā)動機外部設計，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)動機外部管路設計，提出各種可行方案，縮短研制周期，避免結構方案的反復。

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

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

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

　　(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)調依據(jù)，提前模擬裝機協(xié)調過程，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)一體化設計。

　　(4)由于采用了三維設計方法，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)動機外部管路設計的可靠性和維護性，提高了發(fā)動機設計研發(fā)水平。

　　5 結束語

　　UG是世界上最先進的CAI/CAD/CAE/CAM高端軟件，其應用為工程機械設計師們提供了發(fā)動機外部管路設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。