金　冉　趙彩霞　鄭步生（.南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院，南京　56；.南京航空航天大學(xué)，南京　006)

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渦噴-6發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪及加力燃燒室虛擬裝配系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

金冉1趙彩霞1鄭步生2
（1.南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院，南京211156；2.南京航空航天大學(xué)，南京210016)

摘 要對(duì)渦噴-6發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪及加力燃燒室的虛擬裝配系統(tǒng)進(jìn)行了研究。采用Pro/Engineer（Pro/E）軟件對(duì)部件進(jìn)行了三維建模，并對(duì)裝配工藝進(jìn)行了理論研究。然后，采用VS2008中的MFC設(shè)計(jì)了一系列人性化的界面，用戶可以通過(guò)界面上的工具控制按鈕選擇裝配的部件、裝配時(shí)所需要使用的設(shè)備及工具等。最后，使用VS2008和Pro/Toolkit編寫(xiě)裝配程序，實(shí)現(xiàn)了虛擬裝配系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。用戶采用該系統(tǒng)可以手動(dòng)模擬裝配的工藝過(guò)程，若裝配過(guò)程中出現(xiàn)順序錯(cuò)誤、工具選擇錯(cuò)誤、裝配不到位等情況，系統(tǒng)能夠提示出現(xiàn)的問(wèn)題并給出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞渦噴-6，虛擬裝配，Pro/Engineer，二次開(kāi)發(fā)

Development of Virtual Assembly System for Turbine and Afterburner Device of WP6 Engine

Jin Ran1Zhao Caixia2Zheng Busheng2
(1.Jincheng College,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing,211156; 2.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing,210016)

AbstractThe virtual assembly system for WP-6 engine was studied.Firstly,the three-dimensional models of components were built using Pro/E.After that,the assembly process was studied in theory.On the basis of theoretical study,a series of user-friendly dialog interface were designed using MFC function in VS2008.Users could use the controlling buttons on the interface to select the components as well as the equipment and tools needed in assembly process.Finally,assembly procedures were written using VS2008 and Pro/Toolkit,and the development of virtual assembly system was finished.With this system,users could simulate the assembly process.If there were mistakes including assembly sequence mistakes,tool selection mistakes,not in appropriate place and so on,the system would remind the problems and give corresponding solutions.

KeywordsWP6，Virtual assembly，Pro/Engineer，Secondary development

引言

渦噴-6發(fā)動(dòng)機(jī)由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、尾噴管，以及加力燃燒室等部分組成。本文以Pro/Engineer 5.0作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用VS2008開(kāi)發(fā)出了具有可視化界面的渦噴-6發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪及加力燃燒室部分的虛擬裝配系統(tǒng)。該系統(tǒng)目前主要用于教學(xué)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是可以使教師在講述與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)課程的時(shí)候更加形象生動(dòng)；二是學(xué)生在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)裝拆實(shí)際訓(xùn)練時(shí)可以先進(jìn)行虛擬裝拆，了解整個(gè)裝拆的工藝過(guò)程，包括工具的選擇、拆裝的步驟等，達(dá)到事半功倍的效果；三是彌補(bǔ)了因工具不全、條件不夠、資金不足等原因而無(wú)法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的不足。

1　虛擬裝配系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

采用本文開(kāi)發(fā)的渦噴-6發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪及加力燃燒室部件的虛擬裝配系統(tǒng)，用戶可手動(dòng)模擬裝配工藝過(guò)程。首先調(diào)入待裝配的零部件，然后通過(guò)界面選擇合適的工具，進(jìn)而進(jìn)行零部件的手動(dòng)裝配。若操作過(guò)程中出現(xiàn)裝配順序錯(cuò)誤、工具選擇錯(cuò)誤、裝配不到位等情況，系統(tǒng)能夠提示出現(xiàn)的問(wèn)題并給出相應(yīng)的解決方案。

1.1三維模型的建立

該系統(tǒng)以Pro/Engineer軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，首先需對(duì)零部件進(jìn)行三維建模。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪及加力燃燒室的主要零部件包括一級(jí)渦輪導(dǎo)向器、后軸承、渦輪轉(zhuǎn)子、二級(jí)渦輪導(dǎo)向器、二級(jí)渦輪葉片、加力燃燒室等。圖1和圖2分別為一級(jí)渦輪導(dǎo)向器和后軸承的三維模型，采用拉伸結(jié)合陣列的方法生成各自特征。圖3為渦輪轉(zhuǎn)子，渦輪盤(pán)和渦輪軸的生成采用分段拉伸的方法，一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的生成采用混合結(jié)合陣列的方法，采用拉伸去除材料并結(jié)合陣列生成全部榫槽。圖4為二級(jí)渦輪導(dǎo)向器，采用旋轉(zhuǎn)的方法生成變截面的外殼，其余特征采用拉伸方式生成。圖5為二級(jí)渦輪葉片，采用混合方法生成該零件。圖6為加力燃燒室，除燃油噴嘴以外，其余特征可采用旋轉(zhuǎn)結(jié)合陣列的方法生成，燃油噴嘴采用掃描伸出項(xiàng)的方法生成。

上述零部件為主要部件，緊固件及其它一些細(xì)小的零件的建模在此略去。

圖1　一級(jí)渦輪導(dǎo)向器

圖2　后軸承

圖3　渦輪轉(zhuǎn)子

圖4　二級(jí)渦輪導(dǎo)向器

圖5　二級(jí)渦輪葉片

圖6　加力燃燒室

1.2渦輪及加力燃燒室的裝配工藝

渦輪及加力燃燒室進(jìn)行裝配的順序?yàn)橐患?jí)渦輪導(dǎo)向器、后軸承、渦輪轉(zhuǎn)子、二級(jí)渦輪導(dǎo)向器、二級(jí)渦輪葉片、加力燃燒室。裝配時(shí)所使用到的工具及裝配的工序如表1所示。

1.3渦輪及加力燃燒室虛擬裝配系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

本文采用VS2008結(jié)合Pro/Toolkit對(duì)Pro/Engineer 5.0野火版進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

表1　渦輪及加力燃燒室裝配工具和工序

（1）菜單欄的開(kāi)發(fā)

在入口函數(shù)user_initialize()中使用ProMenubarMenuAdd添加新的菜單項(xiàng)，使用ProMenubarmenuPushbuttonAdd添加新的菜單按鈕。編譯完成后，在“幫助”后增加了“渦噴-6”菜單項(xiàng)。菜單欄效果如圖7所示。

圖7　菜單欄

（2）對(duì)話框的開(kāi)發(fā)

對(duì)話框包括圖8所示的“裝配部件選擇界面”、如圖9所示的“渦輪裝配界面”，以及如圖10所示的“加力燃燒室裝配界面”。

圖8　裝配部件總界面

“裝配部件總界面”中包含了“渦輪”部件的按鈕，以及“加力燃燒室”部件的按鈕，點(diǎn)擊按鈕可分別進(jìn)入與相應(yīng)部件相對(duì)應(yīng)的裝配界面，如圖9和圖10所示。

在裝配過(guò)程中，每個(gè)部件的裝配需要選用不同的工具。如圖9所示，為實(shí)現(xiàn)工具的選擇，在界面中添加了兩個(gè)Combox控件，在初始化函數(shù)OnInitDialog中使用AddString()函數(shù)為其添加下拉菜單。同時(shí)，界面中還有兩個(gè)Picture Control控件，用于顯示與所選擇的工具相對(duì)應(yīng)的圖片，使用戶使用起來(lái)更加方便。Picture Control控件中顯示的圖片需隨上方選中的工具的變化而變化。為實(shí)現(xiàn)此功能，使用LoadBitmap()函數(shù)將圖片載入系統(tǒng)內(nèi)存，然后使用GetLBText()函數(shù)讀取Combox中所選的工具的名稱(chēng)，找到與之對(duì)應(yīng)的圖片，使用SetBitmap()函數(shù)將圖片設(shè)置到Picture Control控件中。其效果如圖9所示，當(dāng)工具1選擇了梅花扳手時(shí)，其下方的圖片即為梅花扳手。

圖9界面下半部分添加了一系列Button控件，分別對(duì)應(yīng)渦輪部件中的各類(lèi)零件。在使用該系統(tǒng)裝配時(shí)，可以通過(guò)點(diǎn)擊下方的這些按鈕把需要的零件調(diào)入到裝配界面中。調(diào)入零件的函數(shù)為ProMdlLoad()。

“開(kāi)始裝配”按鈕的作用是激活手動(dòng)裝配界面，激活函數(shù)為ProAsmcompConstrRedefUI()。

裝配完成后點(diǎn)擊“結(jié)束裝配”按鈕，系統(tǒng)通過(guò)讀取坐標(biāo)的方式判斷裝配是否正確。

（3）虛擬裝配系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能是手動(dòng)模擬渦輪，以及加力燃燒室部件的實(shí)際裝配過(guò)程，程序的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需判斷調(diào)入零件正確與否、選擇工具正確與否，以及最終安裝位置是否正確。實(shí)現(xiàn)的流程如圖11所示。

圖9　渦輪裝配界面

圖10　加力燃燒室裝配界面

圖11　裝配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖

首先調(diào)入零件，程序判斷該零件是否正確。如果不正確，系統(tǒng)提示還有其它零件尚未裝配，用戶重新執(zhí)行調(diào)入零件操作；如果正確，則進(jìn)行工具的選擇。選定工具后進(jìn)行工具的判斷，若工具選擇錯(cuò)誤，則系統(tǒng)提示“此工具和裝置不能裝配該零件，請(qǐng)選擇其它工具”，用戶重新選擇工具；當(dāng)工具選擇正確時(shí)，便可激活手動(dòng)裝配窗口，用戶進(jìn)行手動(dòng)裝配。最后，系統(tǒng)會(huì)判斷裝配是否正確。若裝配正確，則完成裝配；若裝配錯(cuò)誤，則重新執(zhí)行手動(dòng)裝配操作。在判斷零件及工具是否選擇正確時(shí)，均采用strcmp()函數(shù)，判斷裝配是否準(zhǔn)確的方式則是把讀取的零件坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。

2　虛擬裝配系統(tǒng)功能演示

下面以裝配“后軸承”為例，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的虛擬裝配系統(tǒng)的功能。后軸承座的詳細(xì)裝配步驟如表2所示。

如圖1 2所示，依次點(diǎn)擊“渦噴- 6”-“裝配零件”-“渦輪”打開(kāi)渦輪裝配界面，系統(tǒng)會(huì)在裝配環(huán)境中自動(dòng)調(diào)入一級(jí)渦輪導(dǎo)向器作為裝配的基礎(chǔ)。

首先進(jìn)行表2中步驟1的操作。點(diǎn)擊“后軸承”按鈕，調(diào)入后軸承。如果重復(fù)點(diǎn)擊了后軸承，系統(tǒng)會(huì)提示“零件已存在，請(qǐng)勿重復(fù)添加！”。當(dāng)選擇的不是“后軸承座”時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)提示“未添加后軸承”，如圖14所示。

表2　后軸承座裝配步驟

圖12　渦輪裝配界面

圖13　零件已存在提示

調(diào)入零件以后，選擇工具1“空白”和工具2“空白”，點(diǎn)擊“開(kāi)始裝配”按鈕，激活后軸承手動(dòng)裝配窗口，進(jìn)行手動(dòng)裝配，完成把后軸承座安裝到一級(jí)渦輪導(dǎo)向器外側(cè)的操作，如圖15所示。

圖14　未添加后軸承提示

當(dāng)工具選擇錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示“此工具和裝置不能裝配該零件”，如圖16所示。用戶需要重新選擇正確的工具。當(dāng)調(diào)入后軸承座且選擇了工具1“空白”和工具2“空白”時(shí)，可完成后軸承的手動(dòng)裝配。裝配完成后，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)裝配的正確性。

圖15　裝配后軸承座

圖16　工具選擇錯(cuò)誤提示

接下來(lái)分別執(zhí)行步驟2～步驟8的操作，裝配過(guò)程及可能出現(xiàn)的提示與步驟1類(lèi)似。按照工藝順序，最終完成后軸承座的裝配。

3　結(jié)束語(yǔ)

本文基于Pro/Engineer軟件，利用VS2008和Pro/ Toolkit，開(kāi)發(fā)出了具有可視化界面的渦輪及加力燃燒室部件的虛擬裝配系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，用戶可以手動(dòng)模擬裝配的實(shí)際過(guò)程。若裝配過(guò)程中出現(xiàn)裝配順序錯(cuò)誤、工具選擇錯(cuò)誤、裝配不到位等情況，系統(tǒng)能夠提示出現(xiàn)的問(wèn)題并給出相應(yīng)的解決方案。

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文章編號(hào)：1009-8119（2016）02（1）-0059-04