UG模型在航空發(fā)動(dòng)機(jī)仿真應(yīng)用中的幾點(diǎn)探討

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)仿真是提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)水平的一個(gè)手段（方法），UG模型在航空發(fā)動(dòng)機(jī)仿真中有較為廣泛的應(yīng)用。通過對(duì)UG模型在航空發(fā)動(dòng)機(jī)仿真應(yīng)用中幾個(gè)方面的闡述，旨在使廣大同行在今后航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中得以借鑒，并共同探討研究。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)仿真；UG模型；分析

1 UG模型簡(jiǎn)介

UG（Unigraphics）是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的、面向制造行業(yè)的高端設(shè)計(jì)軟件。它為制造行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程提供解決方案，功能包括工程設(shè)計(jì)、性能分析、仿真模擬等。在航空領(lǐng)域的應(yīng)用中，由于它實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與基于產(chǎn)品和過程的知識(shí)工程的組合，使得航空行業(yè)的生產(chǎn)率得到了顯著地提高。

UG模型是設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)意圖在UG軟件中建立的三維模型，其形狀便是實(shí)際零部件在電腦中的再現(xiàn)。模型建立以后，設(shè)計(jì)人員便可以對(duì)零件進(jìn)行分析及計(jì)算，更重要的是可以進(jìn)行零部件的模擬裝配，以及對(duì)組件的動(dòng)畫仿真。

2 UG模型在航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件各參數(shù)計(jì)算中的應(yīng)用

航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件的性能參數(shù)計(jì)算非常重要，通過計(jì)算才能了解發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，部分參數(shù)如體積、質(zhì)心等等，在UG中可以非常方便地得到，再如流量計(jì)算需要用到精確的零部件模型，這一點(diǎn)恰恰是UG最強(qiáng)大的功能之一。設(shè)計(jì)人員根據(jù)從UG中得到的參數(shù)及UG模型進(jìn)行計(jì)算，便可檢驗(yàn)零部件的部分性能參數(shù)指標(biāo)。

例如在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的流量計(jì)算中，UG模型的應(yīng)用就顯得尤為方便。我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)一般分為自行設(shè)計(jì)和測(cè)繪仿制，在設(shè)計(jì)中凡涉及到流量的零部件如壓氣機(jī)和渦輪等，都要進(jìn)行流量計(jì)算，并在零部件加工后再次進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。如果是自行設(shè)計(jì)，若在設(shè)計(jì)階段根據(jù)計(jì)算來優(yōu)化設(shè)計(jì)這些重要零部件，使其達(dá)到最佳狀態(tài)，便可減少在加工時(shí)造成的誤差，使得試驗(yàn)參數(shù)更加接近設(shè)計(jì)參數(shù)，而這個(gè)優(yōu)化過程便是在UG中改進(jìn)零部件模型的過程。如果是測(cè)繪仿制，設(shè)計(jì)人員直接采用測(cè)繪值進(jìn)行UG三維建模，得到的模型大多包含測(cè)量誤差，如何減少這些誤差？只有通過計(jì)算，對(duì)比原型機(jī)的性能指標(biāo)，進(jìn)而改進(jìn)UG模型的設(shè)計(jì)，然后再計(jì)算，直到非常接近原型機(jī)的性能指標(biāo)為止。應(yīng)用UG模型，便可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件進(jìn)行精確的三維造型，從而在進(jìn)行流量計(jì)算時(shí)，得到十分準(zhǔn)確的性能參數(shù)，然后就可以分析其設(shè)計(jì)是否合理，并達(dá)到最佳優(yōu)化的效果。

當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的瓶頸之一就是材料，如果測(cè)仿國外的發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)人員都會(huì)盡可能用與樣機(jī)零件相同的材料，或者國內(nèi)與之最為接近的材料。而如何準(zhǔn)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(shí)際材料牌號(hào)，因?yàn)橛行┎牧铣煞窒嗤?，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(shù)是零件的質(zhì)量，通過UG模型的應(yīng)用，在UG中根據(jù)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(jù)所得質(zhì)量便可得到其密度，通過密度則可以進(jìn)一步對(duì)判斷材料類型提供佐證，進(jìn)而綜合分析之后，便可選取與樣機(jī)零件相同或者最為接近的材料。

3 UG模型在航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬裝配中的仿真應(yīng)用

判斷零部件之間的配合是否合理？維護(hù)空間是否合適？除常規(guī)尺寸鏈計(jì)算外，還可進(jìn)行零部件的裝配，在裝配中檢查零部件之間是否出現(xiàn)干涉、間隙是否過大、維護(hù)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(jìn)行這個(gè)環(huán)節(jié)的工作。

由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件大多是由不同的設(shè)計(jì)員來進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以相互之間難免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的偏差，即便是同一個(gè)設(shè)計(jì)員設(shè)計(jì)的不同零件，在裝配時(shí)也可能出現(xiàn)問題。因此互相配裝的零部件就必須進(jìn)行接口的協(xié)調(diào)，而這些在UG中是非常方便的。如果在UG模型裝配中出現(xiàn)干涉的情況，UG軟件會(huì)自動(dòng)檢測(cè)出來，設(shè)計(jì)員根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，如果裝配中出現(xiàn)間隙比實(shí)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(yàn)證，進(jìn)而改進(jìn)設(shè)計(jì)。

例如在某型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)繪仿制中，由于分解發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的分解工藝流程有所疏漏，致使在分解發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸時(shí)出現(xiàn)失誤，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸后端的鼠籠結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲變形，而在其后的測(cè)繪仿制過程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)該情況沒有足夠重視，直接采用測(cè)繪值進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)也肯定是不合理的。由于當(dāng)時(shí)研究所沒有引進(jìn)UG軟件，其他設(shè)計(jì)人員在校對(duì)的過程中也沒有發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題，該輸出軸還是投產(chǎn)了。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件完成加工并進(jìn)行裝配后，還是沒有發(fā)現(xiàn)問題，就連發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了短暫的試車也沒有出現(xiàn)問題。而此時(shí)該發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的UG建模剛剛完成，設(shè)計(jì)人員在UG模型裝配時(shí)發(fā)現(xiàn)該發(fā)動(dòng)機(jī)的2號(hào)滾珠軸承內(nèi)環(huán)只有一半與軸承滾珠對(duì)磨，而另一半懸空（如圖1，正確狀態(tài)如圖2），這個(gè)問題正是由于該發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸的設(shè)計(jì)尺寸比實(shí)際尺寸短而產(chǎn)生的。發(fā)現(xiàn)問題后，有關(guān)人員立即把已經(jīng)進(jìn)行了短暫試車的發(fā)動(dòng)機(jī)分解，等2號(hào)滾珠軸承分解下來，大家發(fā)現(xiàn)，軸承內(nèi)環(huán)只有一半有磨痕，而另一半完好，如果發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，肯定會(huì)出現(xiàn)問題。盡管該輸出軸的設(shè)計(jì)得到了改正，但是已經(jīng)加工的產(chǎn)品只能報(bào)廢，造成了不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

4 UG模型在航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的仿真應(yīng)用

盡管UG模型還不能模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)飛行的各種狀態(tài)，但是卻可以模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)基本的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。通過UG軟件的強(qiáng)大功能，我們可以用動(dòng)畫模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并可以實(shí)時(shí)觀察某些不規(guī)則轉(zhuǎn)動(dòng)件的運(yùn)行軌跡，從而驗(yàn)證這些零件的設(shè)計(jì)。

例如相互嚙合的兩個(gè)齒輪，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸得到的齒輪UG模型裝配之后，其嚙合點(diǎn)是固定的，如果進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，就可以檢測(cè)這對(duì)齒輪繞各自中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)相互的嚙合是否有偏差（如圖3所示），從而對(duì)其安裝位置進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)束語

在應(yīng)用UG模型進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)仿真方面，還有很多值得探討的地方需要廣大同行開展進(jìn)一步的研究，而UG軟件本身也在不斷發(fā)展和改進(jìn)，其必將向航空發(fā)動(dòng)機(jī)或者飛機(jī)這樣的復(fù)雜機(jī)械的完全模擬仿真這個(gè)大方向發(fā)展。屆時(shí)，不用繪制圖紙，我們一樣可以生產(chǎn)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(yīng)用中應(yīng)該加強(qiáng)和注意的問題，并通過以上幾個(gè)事例讓廣大同行在設(shè)計(jì)中加以借鑒，避免出現(xiàn)類似的失誤。希望通過本文，筆者可以和廣大同行在航空發(fā)動(dòng)機(jī)UG模型仿真方面得到更多的交流，從而得以互相促進(jìn)，共同發(fā)展。