¬аше окно в мир —јѕ–
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

7 июн€ 2023

 ак € моделировал космический аппарат многоразового использовани€ с помощью T‑FLEX CAD

јлександр ћакаров, ведущий специалист отдела внедрени€ «јќ Ђ“оп —истемыї

јлександр ћакаров

ќригинал на сайте компании Ђ“оп —истемыї
T-FLEX CAD


ќбща€ иде€ заключалась в создании модели беспилотного многоразового космического аппарата дл€ вывода полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту, эффективно использу€ при этом максимально разнообразные инструменты T-FLEX CAD. ќпустим инженерные расчЄты, но, по задумке, аппарат должен быть примерно в два раза меньше ЂЎаттлаї и ЂЅуранаї (обща€ длина 13 660 мм), но массивнее как старых проектов, вроде Ђћи√-105ї и X-20 Dyna-Soar, так и относительно новых, вроде Ђ липераї, Dream Chaser и Boeing X-37. —корее, по габаритам он близок к орбитальному самолету нереализованного европейского проекта Hermes без так называемого ресурсного модул€. ¬ывод полезной нагрузки предполагалс€ Ђкак в Ўаттлеї: с помощью манипул€тора через раскрываемые створки, а Ђбеспилотностьї позволила бы увеличить объЄм грузового отсека и снизить массу за счЄт отсутстви€ систем жизнеобеспечени€.

«апуск планировалось осуществл€ть как в качестве ступени традиционной ракеты вертикального взлЄта, так и с помощью сверхзвукового самолЄта-разгонщика, причЄм второй, экзотический способ был бы даже интереснее с точки зрени€ инженерного дизайна. »значально было сделано множество эскизов, определ€ющих облик и общую конструкцию как самого аппарата, так и его носител€ (рис. 1).
 оллаж из очень малой части карандашных эскизов

–ис. 1.  оллаж из очень малой части карандашных эскизов

ћодель задумана как полностью зависима€ от ссылочной геометрии. Ѕыл создан разметочный файл, содержащий геометрию, определ€ющую облик аппарата, Ч на неЄ ссылаютс€ большинство элементов каркаса и обшивки. — помощью нового функционала работы со сплайнами были созданы профили (рис. 2), настроена гладкость, указаны граничные услови€ (рис. 3). ќднако основным инструментом определени€ линейной геометрии и формировани€ размерных цепочек был базовый в T-FLEX CAD механизм линий построени€.

ѕостроение профил€ с помощью сплайнов

–ис. 2. ѕостроение профил€ с помощью сплайнов

√раничные услови€ по сечени€м

–ис. 3. √раничные услови€ по сечени€м

ѕримен€лись почти все основные команды работы с поверхност€ми, но главным, формообразующим инструментом оказалось “ело по сечени€м. «аконцовки килей сделаны переходной поверхностью (рис. 4).

ѕостроение законцовки килей

–ис. 4. ѕостроение законцовки килей

–азметочна€ модель с набором рабочих плоскостей

–ис. 5. –азметочна€ модель с набором рабочих плоскостей

 аркас состоит из шпангоутов, лонжеронов и стрингеров. ¬се они ссылаютс€ на базовые поверхности в разметочном файле. ƒл€ удобства в тоновой закраске все элементы конструкции покрашены в разные цвета в зависимости от материала: голубой Ч алюминий, синий Ч титан, тЄмно-синий Ч сталь, зелЄный Ч углекомпозит и т. д. ѕозже отдельные цвета назначены на отдельные узлы и механизмы, а также на трубопроводы, электропроводку и композитные элементы теплозащиты. — помощью инструментов эквидистантного создани€ 3D путей по элементам каркаса размечены пути дл€ отверстий под крепЄж. –азумеетс€, взаимные зависимости элементов каркаса продуманы заранее, дабы избежать рекурсий. —ами отверсти€ просверлены по массиву 3D узлов, расположенных на пут€х с определЄнным шагом.

Ќервюры аппарата составные, то есть состо€т из верхнего и нижнего по€сков и стоек с композитными стержн€ми, работающих на усили€ раст€жени€ и сжати€.  аждый по€сок моделировалс€ как секци€ крыла между двум€ плоскост€ми и вырезом-выталкиванием, поэтому, чтобы получить следующий по€сок, нужно просто сдвинуть базовую рабочую плоскость на длину секции, и только потом настроить позиции отверсти€ под длины стержней (рис. 6). Ёто значительно сократило врем€ работы.

јппарат со сн€той верхней обшивкой, изол€цией и теплозащитой

–ис. 6. јппарат со сн€той верхней обшивкой, изол€цией и теплозащитой

–ассверливание отверстий нервюр производилось, преимущественно ссыла€сь на отверсти€ шпангоутов (с помощью механизма указани€ соосности в команде ќтверстие), которые размечались по координатам на самих шпангоутах.

Ћонжероны секции изгиба крыла моделировались довольно оригинальным способом Ч они отсекались плоскостью на основе путей, построенных по изопараметрическим кривым.

ќсобо стоит сказать про кромку крыла, моделирование которой зан€ло значительную часть времени (рис. 7).

—екци€ кромки

–ис. 7. —екци€ кромки

 ромка крыла Ч набор нетривиальных сборок секций, размеченных по общим обводам, но креп€щихс€ к первому лонжерону крыла через специальные стальные кронштейны, разметка которых подбиралась вручную, дабы обеспечить собираемость конструкции и возможность замены секций в случае их деформации или износа. ћежду секци€ми предусмотрены специальные вставки, а в несущем лонжероне крыла Ч монтажные окна. “акже есть различи€ и в способах креплени€ термостойких секций к лонжерону, к титановым пластинам носовой обшивки и композитному колпаку обтекател€, но сделано так местами не столько из инженерных соображений, сколько дл€ отработки методик работы с большими сборками.

ѕодсвеченна€ секци€ теплозащиты крыла

–ис. 8. ѕодсвеченна€ секци€ теплозащиты крыла

”правление аппаратом в атмосфере осуществл€етс€ рул€ми направлени€ и элевонами, совмещающими функции рулей высоты и элеронов.

Ёлементы механизации крыла похожи на самолЄтные по методикам построени€ модели, однако имеют р€д конструкционных особенностей Ч разметочна€ геометри€ обработана с отступом под изол€цию и теплозащиту, а внутри конструкции Ч сотовый наполнитель, состо€щий из более чем 8 тыс. элементов.

Ёлевон в контексте сборки

–ис. 9. Ёлевон в контексте сборки

¬ топливную систему вход€т баки топлива и окислител€, баки наддува, трубопроводы и система клапанов (рис. 10). ќсновные баки креп€тс€ на специальных кронштейнах, состо€щих из цапф и подкосов, Ч их взаимное расположение было заранее размечено, а детали баков были, как правило, несложными модел€ми, сделанными вращением профил€ вокруг оси. ј вот двигатель представл€ет собой значительно переработанную модель ранее смоделированной двухкамерной модели двигател€ (условный аналог –ƒ-180) в однокамерную модификацию с коррекцией почти всех узлов и деталей, а также с заново проложенными траектори€ми трубопроводов.

ƒвигательна€ установка и баки.  аркасные элементы погашены.

–ис. 10. ƒвигательна€ установка и баки.  аркасные элементы погашены

«адн€€ панель, огораживающа€ сопло маршевого двигател€ ƒ”, Ч довольно Ђт€жЄла€ї модель, из 86 геометрических операций, полученна€ путем отсечени€ базовой геометрии и дальнейшей обработки с помощью операций ќболочка, “ело смещени€, —глаживание и расстановкой ќтверстий (рис. 11). ћодель крепитс€ к заднему шпангоуту через шпильки, вкрученные в специальные впрессованные втулки. Ќа ней же расположены отверсти€ со стальными втулками дл€ установки двухсекционного кожуха, обеспечивающего замену отработавшего ресурс двигател€ силами бригады умелых рабочих.

¬ид на ƒ” сзади с погашенной обшивкой

–ис. 11. ¬ид на ƒ” сзади с погашенной обшивкой

√ондолы рулевых двигателей, помимо двух шпангоутов, состо€т из трЄх панелей обшивки: двух композитных и одной алюминиевой (рис. 12). ¬ качестве маневровой ƒ” используетс€ набор из конструктивно простых двигателей, работающих на однокомпонентном топливе. —оответственно, под них тоже сделаны отдельные баки с системой наддува, разводкой трубопроводов и электропроводки, а также блоками управл€ющих клапанов.  роме того, специально сконструирован механизм открыти€ предохранительной крышки дл€ передних двигателей.

√ондолы маневровых двигателей

–ис. 12. √ондолы маневровых двигателей

 оммуникации топливной и вспомогательных гидравлических систем разведены стандартным механизмом создани€ трубопроводов по трассам в контексте сборки, а вот электрическа€ разводка полностью сделана с помощью модул€ Ёлектротехника (рис. 13). ¬ качестве соединителей использовались доработанные библиотечные соединители, подсоедин€емые к электрическим блокам непосредственно в сцене с последующей правкой траектории проводки по отсекам. ƒл€ этого были заранее подготовлены специальные скобы с опорными внешними 3D узлами, креп€щиес€ к каркасным элементам.

–азводка электрики, трубопроводы и окно модул€ Ёлектротехника

–ис. 13. –азводка электрики, трубопроводы и окно модул€ Ёлектротехника

Ўасси переработано из самолЄтного, однако механизм открыти€ створок доработан с учЄтом толщины обшивки: ведь в случае с космическим аппаратом на створке расположен ещЄ и относительно толстый слой плиток теплозащиты.  роме того, под шасси собраны компактные блоки приводов (рис. 14), состо€щие из электромотора, гидрораспределителей, бачка и блока клапанов.

‘отореализм блока приводов

–ис. 14. ‘отореализм блока приводов

ћанипул€тор дл€ вывода полезной нагрузки сделан заранее (рис. 15), даже отдельно от всего аппарата, и только позже доработан под установку внутри грузового отсека. Ѕыло создано несколько вариантов с разными длинами штанг и вывернутым захватом, расставлены манипул€торы дл€ удобного доворота штанг на нужный угол. ¬ основной модели рука манипул€тора может складыватьс€ по переменной.

ћанипул€тор в контексте сборки

–ис. 15. ћанипул€тор в контексте сборки

ќбшивка из алюминиевого листа (рис. 16), разумеетс€, тоже нарезалась с разметочного файла: командой “ело смещени€ задавалс€ отступ от базовой поверхности. ћногочисленные заклепочные швы реализованы через ссылочную геометрию, базова€ геометри€ дл€ шва Ч 3D путь и первый 3D узел на нЄм, вз€тые с соответствующего каркасного элемента. ƒалее, с помощью команд ћассив по пути и ќтверстие по массиву формировалс€ сам шов. ¬ панел€х прорезались окна под створки шасси, технические лючки и т. д.

Ћист обшивки в контексте сборки

–ис. 16. Ћист обшивки в контексте сборки

Ќекоторые лючки должны быть утоплены в криволинейных панел€х, окна дл€ них проецировались на панель как 3D профиль, а затем с помощью нескольких команд ¬ыталкивание и ќболочка (с указанием требуемых толщин граней) формировалась утопленна€ область под крышку. — помощью команды  рива€ смещени€ к 3D кривой на поверхности формировалс€ путь, по которому должны быть рассверлены крепежные отверсти€. ѕодобный способ особенно хорошо зарекомендовал себ€ при работе с панел€ми из композитных материалов.

ѕоверх обшивки укладывалс€ аналогично моделируемый слой изол€ции. ѕоверх сло€ изол€ции Ч три вида теплозащиты: самый толстый слой на носу, а также Ђпод брюхомї и снизу крыла. ѕлитки теплозащиты нарезались индивидуально: с учЄтом симметрии получилось 1260 плиток. –азумеетс€, все слои оболочек формировались с заранее рассчитанным значением отступа от разметочных поверхностей.

“еплозащитна€ плитка нижней части аппарата

–ис. 17. “еплозащитна€ плитка нижней части аппарата

«аклЄпочный крепЄж, а также болты креплени€ секций передней теплозащиты вставл€лись с помощью интеллектуальной операции ћассив по образцу, когда пользователь указывает только один крепЄжный элемент и массив отверстий дл€ вставки, а система самосто€тельно расставл€ет крепЄж по всей модели.

¬се фрагменты сборки разнесены по 21 слою дл€ удобства работы и презентации (рис. 18).

ќбщий вид аппарата с закрытыми створками грузового отсека

–ис. 18. ќбщий вид аппарата с закрытыми створками грузового отсека

¬сего в модели получилось около 28 600 тел, в модели с заклЄпками Ч 72 640 тел.  онфигураци€ компьютера, на котором производилась работа: Intel Core i7 7700, 3.6GHz, 32 √б ќ«”, NVIDIA GeForce GTX 1060 3 √б. ѕроцесс создани€ модели доставил массу удовольстви€ и позволил ещЄ лучше оценить потенциал T-FLEX CAD при комплексной работе cо сборками средней сложности.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: —уществует ли не-реклама?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2023 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.