UG模型在航空發動機仿真應用中的幾點探討

摘 要：航空發動機仿真是提高航空發動機設計水平的一個手段（方法），UG模型在航空發動機仿真中有較為廣泛的應用。通過對UG模型在航空發動機仿真應用中幾個方面的闡述，旨在使廣大同行在今后航空發動機的設計中得以借鑒，并共同探討研究。

關鍵詞：航空發動機仿真；UG模型；分析

1 UG模型簡介

UG（Unigraphics）是當前世界上最先進的、面向制造行業的高端設計軟件。它為制造行業產品開發的全過程提供解決方案，功能包括工程設計、性能分析、仿真模擬等。在航空領域的應用中，由于它實現了設計優化技術與基于產品和過程的知識工程的組合，使得航空行業的生產率得到了顯著地提高。

UG模型是設計人員根據設計意圖在UG軟件中建立的三維模型，其形狀便是實際零部件在電腦中的再現。模型建立以后，設計人員便可以對零件進行分析及計算，更重要的是可以進行零部件的模擬裝配，以及對組件的動畫仿真。

2 UG模型在航空發動機及其零部件各參數計算中的應用

航空發動機及其零部件的性能參數計算非常重要，通過計算才能了解發動機的性能，部分參數如體積、質心等等，在UG中可以非常方便地得到，再如流量計算需要用到精確的零部件模型，這一點恰恰是UG最強大的功能之一。設計人員根據從UG中得到的參數及UG模型進行計算，便可檢驗零部件的部分性能參數指標。

例如在航空發動機的流量計算中，UG模型的應用就顯得尤為方便。我國航空發動機設計一般分為自行設計和測繪仿制，在設計中凡涉及到流量的零部件如壓氣機和渦輪等，都要進行流量計算，并在零部件加工后再次進行試驗驗證。如果是自行設計，若在設計階段根據計算來優化設計這些重要零部件，使其達到最佳狀態，便可減少在加工時造成的誤差，使得試驗參數更加接近設計參數，而這個優化過程便是在UG中改進零部件模型的過程。如果是測繪仿制，設計人員直接采用測繪值進行UG三維建模，得到的模型大多包含測量誤差，如何減少這些誤差？只有通過計算，對比原型機的性能指標，進而改進UG模型的設計，然后再計算，直到非常接近原型機的性能指標為止。應用UG模型，便可以對發動機零部件進行精確的三維造型，從而在進行流量計算時，得到十分準確的性能參數，然后就可以分析其設計是否合理，并達到最佳優化的效果。

當前航空發動機設計的瓶頸之一就是材料，如果測仿國外的發動機，設計人員都會盡可能用與樣機零件相同的材料，或者國內與之最為接近的材料。而如何準確判斷零件的材料呢？普通的材料分析只能知道大概成分，卻無法確定實際材料牌號，因為有些材料成分相同，但各成分比例卻不同，其性能自然也就不同。一般我們直接可以得到的參數是零件的質量，通過UG模型的應用，在UG中根據零件的尺寸建模，建模完成后用一道指令便可得到零件的體積，再根據所得質量便可得到其密度，通過密度則可以進一步對判斷材料類型提供佐證，進而綜合分析之后，便可選取與樣機零件相同或者最為接近的材料。

3 UG模型在航空發動機虛擬裝配中的仿真應用

判斷零部件之間的配合是否合理？維護空間是否合適？除常規尺寸鏈計算外，還可進行零部件的裝配，在裝配中檢查零部件之間是否出現干涉、間隙是否過大、維護空間是否過于狹小等，都可以通過UG模型的裝配更直觀、更方便地進行這個環節的工作。

由于航空發動機各零部件大多是由不同的設計員來進行設計，所以相互之間難免會出現各種各樣的偏差，即便是同一個設計員設計的不同零件，在裝配時也可能出現問題。因此互相配裝的零部件就必須進行接口的協調，而這些在UG中是非常方便的。如果在UG模型裝配中出現干涉的情況，UG軟件會自動檢測出來，設計員根據檢測結果對設計進行改進，如果裝配中出現間隙比實際所需的間隙大的情況，那么就需要通過UG中的二維工程圖來驗證，進而改進設計。

例如在某型號航空發動機的測繪仿制中，由于分解發動機時的分解工藝流程有所疏漏，致使在分解發動機輸出軸時出現失誤，使發動機輸出軸后端的鼠籠結構發生扭曲變形，而在其后的測繪仿制過程中，設計人員對該情況沒有足夠重視，直接采用測繪值進行設計，可想而知，扭曲后的輸出軸肯定比原來的要短一些，這樣的設計也肯定是不合理的。由于當時研究所沒有引進UG軟件，其他設計人員在校對的過程中也沒有發現這個問題，該輸出軸還是投產了。當發動機零部件完成加工并進行裝配后，還是沒有發現問題，就連發動機進行了短暫的試車也沒有出現問題。而此時該發動機零部件的UG建模剛剛完成，設計人員在UG模型裝配時發現該發動機的2號滾珠軸承內環只有一半與軸承滾珠對磨，而另一半懸空（如圖1，正確狀態如圖2），這個問題正是由于該發動機輸出軸的設計尺寸比實際尺寸短而產生的。發現問題后，有關人員立即把已經進行了短暫試車的發動機分解，等2號滾珠軸承分解下來，大家發現，軸承內環只有一半有磨痕，而另一半完好，如果發動機繼續運轉，肯定會出現問題。盡管該輸出軸的設計得到了改正，但是已經加工的產品只能報廢，造成了不可挽回的經濟損失。

4 UG模型在航空發動機運動機構中的仿真應用

盡管UG模型還不能模擬航空發動機在飛機飛行的各種狀態，但是卻可以模擬航空發動機基本的運轉情況。通過UG軟件的強大功能，我們可以用動畫模擬航空發動機的運轉，并可以實時觀察某些不規則轉動件的運行軌跡，從而驗證這些零件的設計。

例如相互嚙合的兩個齒輪，根據設計尺寸得到的齒輪UG模型裝配之后，其嚙合點是固定的，如果進行運轉，就可以檢測這對齒輪繞各自中心軸旋轉時相互的嚙合是否有偏差（如圖3所示），從而對其安裝位置進行調整。

5 結束語

在應用UG模型進行航空發動機仿真方面，還有很多值得探討的地方需要廣大同行開展進一步的研究，而UG軟件本身也在不斷發展和改進，其必將向航空發動機或者飛機這樣的復雜機械的完全模擬仿真這個大方向發展。屆時，不用繪制圖紙，我們一樣可以生產出所需的零件。

盡管UG軟件的大部分功能已被大家所掌握，但本文旨在探討的是大家掌握這些功能后，在仿真應用中應該加強和注意的問題，并通過以上幾個事例讓廣大同行在設計中加以借鑒，避免出現類似的失誤。希望通過本文，筆者可以和廣大同行在航空發動機UG模型仿真方面得到更多的交流，從而得以互相促進，共同發展。