UG在航空发动机外部管路设计中的应用

　　1 引言

　　传统的航空发动机外部管路设计虽能达到设计目标，但存在周期长、反复多、成本高等弊端，而通过数字化的三维设计手段建立数字样机可以克服这些弊端，从而提高设计水平。

　　发动机外部有数以百计的导管和电缆以及各种形式的卡箍，导管空间走向非常复杂，因此敷管工作非常复杂。而且由于集成了全部发动机零组件，导管空间曲线的确定很困难。敷管时，要考虑导管和导管、导管和附件之间的最小距离要求以及飞机对发动机外廓尺寸限制。利用UG软件进行发动机外部管路设计，修改方便且直观，为数控弯管、图解目录和零组件的应力计算提供了精确的数字模型。

　　2 UG软件在航空发动机外部管路设计中的应用

　　2.1 虚拟装配

　　用UG软件构建航空发动机产品的全数字化模型，可以对整个产品、指定的子系统或零件进行可视化装配分析，并使产品的性能达到最优化。

　　UG软件拥有强大的装配功能，在进行大装配时，支持自底向上和自顶向下的设计技术。自底向上设计，即将大量零件同时调到工作面上，并在其基础上进行第2次建模，然后再装配;自顶向下设计，即由最终模型派生出其下一级子模型具有相关性的基本参数，然后进行子模型设计。装配模块具有高效、高容量的装配设计功能。利用WAVE技术实现在装配关系下自顶向下和自底向上的双向控制及双向优化。

　　航空发动机结构复杂，若要把按真实模型建模的零件装配起来，不但要确定零组件的关系，而且涉及到各种装配形式。UG软件可以满足航空发动机数字样机的设计要求，实现按1∶1的精确模型建模，进行装配尤其是大装配。

　　2.2 管路应用

　　在计算机上模拟完整的装配时，使用UG软件的特殊工具可简化复杂的三维路径。在最终的智能装配中，可以进行间隙分析和产品材料管理，也可以定制部件、设计规则和管线材的标准等。

　　利用UG软件在计算机上敷设导管时，当发动机附件和导管相关的零组件安装到位后，要确定出导管的起点和终点位置。在确定导管空间位置时，要先确定导管的走向和导管经由路径中有伸根的卡箍。集成的并行工程的原则是让用户在设计过程中的任何时间都能方便地改变管路装配布局。

　　2.2.1 外部管路敷设过程

　　首先确定出导管中心线的起始点和终止点及空间走向，然后选择导管的外径、壁厚和材料，即完成了三维空间导管的敷设。

　　如果2根或更多导管之间需要用卡箍相连，要先确定2根导管间的距离，以保证导管和卡箍相匹配。可用平行偏置管线路径(ParallelOffsetPath)来偏移导管中心线，以保持2根导管间的中心距满足要求;也可以先装卡箍，然后再确定第2根导管的位置。

　　当导管中心线不能满足要求时，可以通过TransformPath来移动或复制管线的线段或控制点来改变管线走向和形状，从而改变导管形状。在改变导管形状的过程中还要不断的改变坐标来适应导管控制点定位时的要求;也可以通过SubdivideSegment在原有的路径上插入分割点，把原有的路径分成几段，可按比例分割或平均分成几等分。

　　在导管的敷设过程中可以采取自顶向下或自底向上的单一模式或混合模式。

　　2.2.2 外部管路路径的确定

　　确定外部管路路径的方法如下：

　　(1)由数控弯管机加工时所产生的中间文件转化生成。如将数控弯管机生成的中间文件IGES格式导入UG软件中，通过UG软件管路模块中的创建路径，按照原有的直线和圆弧来生成路径。

　　(2)通过坐标按坐标位置来确定路径。

　　(3)通过UG软件管路模块中的HealPath来自动生成。首先确定需要连接的2个部件，然后确定StartandEndLengths，再选择生成管路的方法。

　　(4)通过ParallelOffsetPath来偏移导管中心线生成。

　　在导管路径上生成导管时，从预先定义的数据库中选择导管的外径、壁厚和材料，通过AssignStoCkStyle来指定生成导管的显示形式，可以为简单的圆柱形的导管形式，也可以显示为管线形式。发动机外部管路示例如图1，2所示。

　　2.2.3数据的生成和转换

　　通过UG软件生成的导管可以实现CAD/CAM一体化，模型的三维数据可以直接输送到数控机床上进行生产，保证了管路制造精度高，装配无应力，提高了发动机外部管路的工作可靠性和寿命。

　　另外，导管数据可以转换为其他格式直接应用到一些专用软件中，进行静应力分析等。

　　3 并行技术

　　3.1 干涉/间隙检查

　　(1)静态干涉检查可以在发动机设计过程中对发动机的各零组件进行间隙检查，以确定其是否满足要求，如图3所示。

　　(2)发动机装配完成后，利用动态机构动力学运动分析检查机构运动中最小距离是否满足要求，是否有零件干涉等。

　　3.2 人机工程的分析

　　人机工程的分析重点包括对发动机的维护和修理。虚拟现实技术让管理及设计人员可以迅捷地“看到”设计产品并提前提交用户评估，更改也非常方便。采用交互方式进行发动机外部管路设计，不仅修改方便，而且直观。从而提高了发动机的可靠性及维护性。

　　3.3 虚拟现实

　　高级装配模块用以精确显示和动态干涉检查，在部件内部漫游时，用一数字定义的模型和软件代替物理样机和实物模型样机去执行检测操作和试验。虚拟实物模型样机消除了地理位置和时间障碍，可以实现控制、切换和触发等动作。可创建带有材质和纹理信息的可视的、逼真的实物模型样机。

　　4 优势

　　采用UG软件三维数字设计技术进行航空发动机外部设计，在如下几方面显示出非常大的优势。

　　(1)在发动机研制初期，不需花费昂贵的研制费用就可进行发动机外部管路设计，提出各种可行方案，缩短研制周期，避免结构方案的反复。

　　三维设计软件的应用，改变了设计人员的设计方法和思维方式，能帮助设计者更准确地了解空间位置、形状、尺寸，缩短了开发周期，提高了设计成功率。

　　(2)通过三维模型可直观了解结构设计意图，并在总体设计前提出意见，设计者也可以直观地看到产品，不合理的设计会被及时察觉并修改，提高了直

　　观性和可操作性。并使设计和分析很好地结合。例如结合计算导管的振动频率和振动应力专用软件，直接把导管的三维数据送到专业的分析计算程序中进行分析。当未满足设计要求时，可在数字样机上进行修改，从而提高了设计效率。

　　(3)在真实发动机装机过程及装机到位后经常会发现问题，发动机外部管路个别地方可能需要修改。这一阶段出现大的反复修改工作不仅提高了成本

　　，延长了周期，而且会耽搁真实发动机的交付进度。而使用数字样机，能够快速、方便、直观地提供与飞机协调依据，提前模拟装机协调过程，来检验发动机的外廓是否合理、接口是否准确及装机位置的维护是否可达。摸清飞机要求发动机的边界条件，缩短周期，保持完善的飞/发一体化设计。

　　(4)由于采用了三维设计方法，极大地方便了数字化产品的CAD、CAM、CAI和CAE的集成和产品装配过程、匹配情况的检测和分析，增强了发动机外部管路设计的可靠性和维护性，提高了发动机设计研发水平。

　　5 结束语

　　UG是世界上最先进的CAI/CAD/CAE/CAM高端软件，其应用为工程机械设计师们提供了发动机外部管路设计的高效灵活的工具，将许多原来一直无法实现的想法变成了虚拟现实。