姚　忠,夏方超

(西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽　712099)

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基于UG/WAVE的大口徑艦炮結(jié)構(gòu)自頂向下設(shè)計方法

姚忠,夏方超

(西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽712099)

針對大口徑艦炮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將自頂向下設(shè)計方法應(yīng)用于大口徑艦炮的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。按大口徑艦炮彈藥裝填路徑和揚(yáng)供彈方式的不同，對大口徑艦炮進(jìn)行了類別劃分。以復(fù)合裝填大口徑艦炮為設(shè)計實(shí)例，進(jìn)行大口徑艦炮結(jié)構(gòu)自頂向下設(shè)計研究。建立了某復(fù)合裝填大口徑艦炮的頂層骨架模型和參數(shù)化實(shí)體模型。該設(shè)計方法能夠有效實(shí)現(xiàn)大口徑艦炮定量化、參數(shù)化設(shè)計，對提高火炮工程設(shè)計效率有一定的參考價值。

大口徑艦炮；自頂向下；UG/WAVE；骨架模型；結(jié)構(gòu)設(shè)計

大口徑艦炮是水面艦艇遂行對岸火力支持和對海精確打擊任務(wù)的主要裝備。在大口徑艦炮結(jié)構(gòu)設(shè)計中，傳統(tǒng)設(shè)計方法僅將總體參數(shù)作為總體結(jié)構(gòu)和部件設(shè)計的參考依據(jù)，設(shè)計效率低[1]。大口徑艦炮總體結(jié)構(gòu)、零部件模塊劃分清晰，采用自頂向下的設(shè)計方法，有利于實(shí)現(xiàn)總體參數(shù)對艦炮總體結(jié)構(gòu)和零部件的全過程參數(shù)化設(shè)計，對提高火炮工程設(shè)計效率有一定的參考價值。

1　自頂向下設(shè)計方法

自頂向下設(shè)計是一種通過建立頂層設(shè)計規(guī)劃，并將該規(guī)劃逐級向下傳遞，作為下級設(shè)計準(zhǔn)則的設(shè)計方法。該方法通過定義總體與部件間的相互關(guān)聯(lián)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)總體與部件、部件與部件的參數(shù)關(guān)聯(lián)[2]。在大口徑艦炮結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用自頂向下設(shè)計方法，首先應(yīng)明確艦炮總體與部件間的結(jié)構(gòu)參數(shù)、配合約束和接口關(guān)系，然后采用骨架模型來描述總體方案中的總體與部件、部件與部件間的構(gòu)成關(guān)系。在整個設(shè)計過程中，通過這種關(guān)系在各級部件或零件中的傳遞，構(gòu)建了所有零部件與總體的根本聯(lián)系，反映了部件裝配關(guān)系和接口關(guān)系。自頂向下設(shè)計方法更符合現(xiàn)代艦炮的設(shè)計流程和設(shè)計師的思維過程，便于實(shí)現(xiàn)多模塊的協(xié)調(diào)設(shè)計，提高大口徑艦炮設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。

2　UG/WAVE和骨架模型

2.1UG/WAVE技術(shù)

WAVE(What-if Alternative Value Engineering)是UG NX中實(shí)現(xiàn)自頂向下設(shè)計的重要工具，其采用關(guān)聯(lián)性復(fù)制幾何體的方法來控制總體結(jié)構(gòu)，提供了設(shè)計中所需要的自頂向下設(shè)計環(huán)境。在WAVE設(shè)計環(huán)境中，須首先明確影響驅(qū)動變化的總體變量，部件的設(shè)計與這些變量相關(guān)，總體變量的更改將自動更新相關(guān)的部件結(jié)構(gòu)[3]。總體變量既可以是數(shù)值變量，也可以是一條樣條曲線或空間曲面的廣義幾何變量，無論數(shù)值變化還是形狀變化都將自動根據(jù)WAVE的控制傳遞到相關(guān)的子部件和零件設(shè)計中去，并貫穿于從總體設(shè)計到詳細(xì)設(shè)計的每個階段。

2.2骨架模型

在設(shè)計的最初階段，按照最基本功能和設(shè)計要求，在設(shè)計頂層構(gòu)筑一個頂層基本骨架稱之為骨架模型。骨架模型主要包括：基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)面、空間點(diǎn)、空間線、空間面或者是產(chǎn)品的點(diǎn)、輪廓線及輪廓面。骨架模型作為產(chǎn)品設(shè)計的三維空間規(guī)劃，可用來描述部件空間需求、重要的安裝位置或運(yùn)動，也可用來在模塊間共享設(shè)計信息。

骨架模型增強(qiáng)了零部件在裝配體中的相互關(guān)聯(lián)性和依賴性，適合大型裝配設(shè)計的管理，整個產(chǎn)品的設(shè)計及其更改都可以通過頂層裝配的骨架模型進(jìn)行控制。在設(shè)計過程中，子部件模型遵循大組件所賦予的設(shè)計空間和限制，由上往下層層負(fù)責(zé)，全面關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)骨架模型的自頂向下結(jié)構(gòu)控制。

3　大口徑艦炮類別劃分

目前大口徑艦炮主要是按口徑劃分，該劃分方法并不能準(zhǔn)確反映艦炮結(jié)構(gòu)原理差異。進(jìn)行大口徑艦炮自頂向下設(shè)計，首先應(yīng)對大口徑艦炮進(jìn)行合理的類別劃分。按大口徑艦炮彈藥裝填路徑和揚(yáng)供彈方式的劃分，可準(zhǔn)確反映大口徑艦炮的結(jié)構(gòu)差異，有利于自頂向下設(shè)計，提高設(shè)計效率[4]。筆者按大口徑艦炮彈藥裝填路徑和揚(yáng)供彈方式的不同將大口徑艦炮進(jìn)行了劃分，如圖1所示。筆者僅對復(fù)合裝填大口徑艦炮設(shè)計方法進(jìn)行實(shí)例研究，其他結(jié)構(gòu)原理艦炮設(shè)計方法類似。

4　復(fù)合裝填大口徑艦炮自頂向下設(shè)計

4.1模塊劃分

模塊劃分明確了復(fù)合裝填大口徑艦炮總體結(jié)構(gòu)組成，確定了各組成部件的參數(shù)和基準(zhǔn)[5]。復(fù)合裝填大口徑艦炮模塊劃分如圖2所示，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建艦炮總體拓?fù)潢P(guān)系。

4.2拓?fù)潢P(guān)系

頂層骨架模型中所包含的設(shè)計信息將通過UG/WAVE技術(shù)按照劃分好的模塊傳遞到部件層和子部件層，以進(jìn)行下一級的零部件設(shè)計。圖3為復(fù)合裝填大口徑艦炮的拓?fù)潢P(guān)系圖，圖中給出了大口徑艦炮頂層骨架模型和部件、子部件骨架模型間的拓?fù)潢P(guān)系。當(dāng)頂層骨架模型不能滿足部件、子部件的建模需求時，下層件骨架模型可在頂層骨架模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行基準(zhǔn)增加，但無權(quán)更改上層骨架模型中的基準(zhǔn)。

4.3總體基準(zhǔn)框架建立

總體基準(zhǔn)是建立頂層骨架模型的基礎(chǔ)，根據(jù)復(fù)合裝填大口徑艦炮的總體設(shè)計方案，確定其總體基準(zhǔn)如表1所示。

表1　總體基準(zhǔn)表

由確定的總體基準(zhǔn)可建立起復(fù)合裝填大口徑艦炮的總體基準(zhǔn)框架，如圖4所示。

4.4總體參數(shù)確定

總體基準(zhǔn)框架建立完成后，創(chuàng)建艦炮頂層骨架模型還需確定艦炮總體參數(shù)，根據(jù)復(fù)合裝填大口徑艦炮的總體設(shè)計方案，確定其總體參數(shù)如表2和圖5所示。

表2　總體參數(shù)表

4.5頂層骨架模型創(chuàng)建

在建立的總體基準(zhǔn)框架基礎(chǔ)上，采用簡單幾何實(shí)體創(chuàng)建復(fù)合裝填大口徑艦炮頂層骨架模型[6]，如圖6所示。頂層骨架模型中包含了大口徑艦炮的總體基準(zhǔn)、總體參數(shù)、輪廓線、輪廓面和拓?fù)潢P(guān)系等。通過總體參數(shù)可實(shí)現(xiàn)對頂層骨架模型中所有基準(zhǔn)和輪廓線、輪廓面的參數(shù)化控制。

4.6參數(shù)化實(shí)體模型建立

在完成復(fù)合裝填大口徑艦炮各部件和子部件參數(shù)化實(shí)體模型建立后，利用UG/WAVE的裝配技術(shù)進(jìn)行艦炮總體參數(shù)化裝配。由于各部件的裝配位置均相對于同一個頂層骨架模型，擁有相同的參考系，因此各部件無需定義裝配關(guān)系即可實(shí)現(xiàn)部件間的精確定位和安裝[7]，裝配完成的復(fù)合裝填大口徑艦炮參數(shù)化實(shí)體模型如圖7所示。

5　結(jié)束語

針對大口徑艦炮存在的結(jié)構(gòu)差異，對大口徑艦炮按彈藥裝填路徑和揚(yáng)供彈方式進(jìn)行了類別劃分。采用自頂向下設(shè)計方法、UG/WAVE技術(shù)，對復(fù)合裝填大口徑艦炮的設(shè)計方法進(jìn)行了研究，創(chuàng)建了復(fù)合裝填大口徑艦炮參數(shù)化實(shí)體模型，驗(yàn)證了設(shè)計方法的合理性。該設(shè)計方法可有效提高新一代大口徑艦炮結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率。

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Top-down Structural Design Method of Large-caliber Naval Gun Based on UG/WAVE

YAO Zhong，XIA Fangchao

(Northwest Institute of Mechanical & Electrical Engineering, Xianyang712099, Shaanxi, China)

A top-down design method was applied to design the structure of large-caliber naval gun in accordance with the structural feature of large-caliber naval gun. Based on the analysis of structure differences, large-caliber naval guns were classified according to ammunition loading paths and laun-ching-feeding. Taken the complex loading large-caliber naval gun for example, the skeleton and parametric solid models were established according to the top-down design method. The method can effectively achieve quantitative, parametric design of large-caliber naval gun, and also has a measure of reference value in improving the efficiency of artillery engineering design.

large-caliber naval gun;top-down; UG/WAVE; skeleton model; structural design

2015-05-29

姚忠(1965—)，男，研究員級高級工程師，主要從事艦炮總體技術(shù)研究。E-mail：xidianxfc@126.com

TJ302

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1673-6524(2016)01-0065-04