郭達(dá)維，劉莉，*，陳余軍，李文光，程松

（1.北京理工大學(xué) 宇航學(xué)院，北京100081； 2.中國(guó)空間技術(shù)研究院 通信衛(wèi)星事業(yè)部，北京100094）

可重構(gòu)航天器是模塊化即插即用技術(shù)與衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)相結(jié)合的新型衛(wèi)星系統(tǒng)［1］。這種具有標(biāo)準(zhǔn)接口、長(zhǎng)期在軌運(yùn)行的公用平臺(tái)通過(guò)多次發(fā)射及在軌組裝而形成，能夠大大提高在軌系統(tǒng)的靈活性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性［2］。與傳統(tǒng)的航天器相比，可重構(gòu)航天器具有標(biāo)準(zhǔn)化、可重構(gòu)、面向在軌服務(wù)等優(yōu)勢(shì)［3］，所以在概念設(shè)計(jì)階段，工程設(shè)計(jì)人員具有較大的創(chuàng)新空間［4］。

飛行器概念設(shè)計(jì)階段的關(guān)鍵問(wèn)題是：如何快速給出多方案的對(duì)比分析，以便做出方案選擇。為了提升概念設(shè)計(jì)的水平，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)概念設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)方法開展了大量的研究工作，取得了豐富的研究成果。Feng等［5］提出了基于知識(shí)的可擴(kuò)展的構(gòu)建飛機(jī)概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方法，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)民用飛機(jī)概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建。陳稗等［6］研究了民用飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)及自動(dòng)化調(diào)整的方法，并在一個(gè)開放式飛機(jī)總體設(shè)計(jì)環(huán)境中開發(fā)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)功能。McManus等［7］提出了一種考慮風(fēng)險(xiǎn)的方案選擇和概念設(shè)計(jì)過(guò)程，郭愛斌等［8］將其應(yīng)用于衛(wèi)星星座的概念設(shè)計(jì)中。楊金軍等［9］基于自頂向下（Top-down）設(shè)計(jì)模式實(shí)現(xiàn)了航天器桁架結(jié)構(gòu)的快速設(shè)計(jì)。

與傳統(tǒng)航天器相比，可重構(gòu)航天器概念設(shè)計(jì)階段需要考慮幾何和性能雙重約束，現(xiàn)有概念設(shè)計(jì)方法和工具難以滿足可重構(gòu)航天器多方案快速設(shè)計(jì)評(píng)估需求。針對(duì)可重構(gòu)航天器特點(diǎn)，面向其概念設(shè)計(jì)階段需求，本文給出了一種基于可視化模型的可重構(gòu)航天器概念設(shè)計(jì)方法的研究及實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并通過(guò)算例驗(yàn)證了方法的有效性和平臺(tái)的可行性。

1 基于可視化模型的概念設(shè)計(jì)方法

概念設(shè)計(jì)階段就整體的設(shè)計(jì)過(guò)程而言，所花費(fèi)的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)成本并不突出，但是多數(shù)方案的提出和驗(yàn)證以及關(guān)鍵性的決策均發(fā)生在該階段。對(duì)于可重構(gòu)航天器，一方面由于其特殊的構(gòu)成形式，具有高度的設(shè)計(jì)靈活性，另一方面其構(gòu)型的合理性由幾何和性能兩方面同時(shí)約束。在考慮可重構(gòu)航天器特點(diǎn)的同時(shí)，使工程設(shè)計(jì)人員發(fā)揮創(chuàng)造性并為設(shè)計(jì)方案迭代過(guò)程提供實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是概念設(shè)計(jì)方法所應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)。

本文所提出的基于可視化模型的概念設(shè)計(jì)方法如圖1所示，充分考慮了可重構(gòu)航天器的特點(diǎn)及概念設(shè)計(jì)階段的實(shí)際需求。工程設(shè)計(jì)人員使用該方法對(duì)可重構(gòu)航天器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)可重構(gòu)模塊的屬性參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，之后基于模型庫(kù)進(jìn)行可視化建模，根據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)思對(duì)可重構(gòu)模塊進(jìn)行拼接，所得的構(gòu)型將進(jìn)行質(zhì)量、基頻特性評(píng)估及幾何約束判斷以供設(shè)計(jì)人員確定構(gòu)型的合理性。對(duì)于合理性欠佳的構(gòu)型修改屬性參數(shù)設(shè)置或拼接形式以進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代；合理性被設(shè)計(jì)人員認(rèn)可的構(gòu)型將保存于模型庫(kù)中。

基于上述方法，可在概念設(shè)計(jì)階段支持工程設(shè)計(jì)人員將模糊的設(shè)計(jì)構(gòu)思在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換為具有較高顯示度的航天器構(gòu)型，并能結(jié)合可重構(gòu)航天器的設(shè)計(jì)約束對(duì)構(gòu)型性能進(jìn)行評(píng)估，可以為構(gòu)型設(shè)計(jì)方案的快速形成、設(shè)計(jì)迭代提供支持。

圖1 概念設(shè)計(jì)方法流程Fig.1 Workflow of conceptual design method

2 方法實(shí)現(xiàn)

2.1 可視化模型建立與特性關(guān)聯(lián)

需進(jìn)行可視化的模型包括各類不同功能的可重構(gòu)航天器模塊等重構(gòu)部件，作為本文所提出概念設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，重構(gòu)部件可視化模型所包括的內(nèi)涵特征如圖2所示。

圖2 可視化模型內(nèi)涵Fig.2 Content of visualization model

根據(jù)圖2所示的內(nèi)涵特征，外形信息和尺寸信息是可視化模型中所包含的關(guān)鍵基礎(chǔ)信息，采用從下至上的建模方式，根據(jù)模型特征對(duì)模型進(jìn)行拆分建模，再將獨(dú)立的部件進(jìn)行拼接并設(shè)置成組合體，即得到含外形、尺寸信息的可視化模型；不同種類模型具有不一樣的外形渲染特征，主要由材質(zhì)、紋理屬性決定，材質(zhì)是紋理用于模型的媒介，紋理生成為材質(zhì)后根據(jù)需要可設(shè)置紋理類型、紋理間隙等特性，本文使用了對(duì)模型添加紋理和材質(zhì)貼圖的方法，該方法與直接在三維建模軟件中進(jìn)行外形渲染相比，不會(huì)對(duì)內(nèi)存和顯存有過(guò)高的要求［10］；針對(duì)可重構(gòu)航天器概念設(shè)計(jì)階段需要考慮的幾何約束，本文采用按部件外形設(shè)置網(wǎng)格碰撞器（Mesh Collider）或添加腳本監(jiān)測(cè)部件間距離的方法實(shí)現(xiàn)重構(gòu)部件的幾何干涉屬性。

可視化模型與物理特性之間的關(guān)聯(lián)包括特性數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)及特性模型更新。概念設(shè)計(jì)過(guò)程中，各重構(gòu)部件的可視化模型均具有唯一編號(hào)，與模型庫(kù)中各數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)編號(hào)對(duì)應(yīng)，將重構(gòu)部件可視化模型與物理特性在數(shù)據(jù)層面上對(duì)應(yīng)。可視化模型中各重構(gòu)部件的拼接關(guān)系、位置等信息為特性模型更新所需關(guān)鍵信息，隨著概念設(shè)計(jì)的進(jìn)行，上述信息通過(guò)重構(gòu)部件可視化模型中若干標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)信息的提取和轉(zhuǎn)化獲取，并用于重構(gòu)部件物理特性模型的更新，以保證物理特性模型與可視化概念設(shè)計(jì)的一致性，支持航天器構(gòu)型的性能評(píng)估。

2.2 性能快速評(píng)估

可重構(gòu)航天器作為不同學(xué)科領(lǐng)域所構(gòu)成的有機(jī)整體，在概念設(shè)計(jì)階段對(duì)關(guān)鍵性能進(jìn)行評(píng)估有利于提高航天器構(gòu)型設(shè)計(jì)迭代的效率，并能為后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程提供指標(biāo)參考。本文所提出的基于可視化模型的概念設(shè)計(jì)方法中重點(diǎn)考慮可重構(gòu)航天器質(zhì)量特性、結(jié)構(gòu)基頻特性的評(píng)估。

2.2.1 質(zhì)量特性評(píng)估

可重構(gòu)航天器的質(zhì)量特性是概念設(shè)計(jì)階段的核心參數(shù)，主要包括整星質(zhì)量、質(zhì)心位置以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算構(gòu)型全局坐標(biāo)系下質(zhì)心的x軸坐標(biāo)xcm的基本公式為

式中：Mi和xcmi分別為可重構(gòu)航天器第i個(gè)重構(gòu)部件的質(zhì)量和全局坐標(biāo)系下的質(zhì)心x軸坐標(biāo)。計(jì)算構(gòu)型相對(duì)于以質(zhì)心為原點(diǎn)的坐標(biāo)x軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ix的基本公式為

式中：Ixi為可重構(gòu)航天器第i個(gè)重構(gòu)部件相對(duì)于以其質(zhì)心為原點(diǎn)的坐標(biāo)x軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；dxi為以第i個(gè)重構(gòu)部件質(zhì)心為原點(diǎn)的坐標(biāo)x軸相對(duì)于以構(gòu)型質(zhì)心為原點(diǎn)的坐標(biāo)x軸的距離?？芍貥?gòu)航天器模塊多為正六面體，一般以模塊質(zhì)心為原點(diǎn)的坐標(biāo)軸與以構(gòu)型質(zhì)心為原點(diǎn)的坐標(biāo)軸之間的夾角為0°，即上述兩坐標(biāo)系為平移變換關(guān)系。若兩坐標(biāo)系之間存在旋轉(zhuǎn)變換關(guān)系，則在使用式（2）計(jì)算前還應(yīng)對(duì)重構(gòu)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量數(shù)據(jù)先進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換。

2.2.2 基頻特性評(píng)估

航天器的基頻及大部件剛度是航天器總體參數(shù)中的重要組成部分［11］，基于可視化模型的概念設(shè)計(jì)方法中，利用MSC.NASTRAN求解器及C＃程序?qū)崿F(xiàn)了構(gòu)型基頻特性的快速評(píng)估。

以固定界面模態(tài)綜合法［12］為理論基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)分析，在MSC.NASTRAN中以超單元（Superelement）的形式實(shí)現(xiàn)［13］。針對(duì)可重構(gòu)航天器的拼裝靈活性及可拓展性，應(yīng)重新定義生成組成模塊的有限元模型，以用于組裝構(gòu)型有限元模型。本文方法中使用零件超單元（PARTs）對(duì)航天器構(gòu)型各組成模塊模型進(jìn)行定義，該定義方法中，每個(gè)超單元都在所對(duì)應(yīng)的獨(dú)立卡片數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)定義，各卡片數(shù)據(jù)區(qū)域中都包括超單元的幾何、單元、屬性、約束以及載荷數(shù)據(jù)，所以當(dāng)使用零件超單元方法時(shí)，可視為各超單元像零件一樣裝配形成最終模型的過(guò)程，易于模型文件的自動(dòng)化編寫。

根據(jù)MSC.NASTRAN中對(duì)于超單元的定義規(guī)則，各超單元中位置重合的節(jié)點(diǎn)和單元將被視為各超單元的連接部分，這部分模型屬于殘余結(jié)構(gòu)（Residual Structure），模型信息需要在模型數(shù)據(jù)文件（*.bdf文件）中單獨(dú)聲明，相關(guān)的MSC.NASTRAN命令見表1［14］。

表1 M SC.NASTRAN零件超單元?jiǎng)?chuàng)建命令［14］Table 1 MSC.NASTRAN comm ands for PARTs definition［14］

對(duì)于MSC.NASTRAN求解器中的模態(tài)綜合法，模型的組裝為各超單元模型之間及超單元與殘余結(jié)構(gòu)間的連接過(guò)程，連接完成后即可進(jìn)行模態(tài)分析。為實(shí)現(xiàn)構(gòu)型有限元模型的正確組裝，關(guān)鍵技術(shù)包括超單元模型數(shù)據(jù)的寫入和模型的位置調(diào)整。

超單元模型數(shù)據(jù)的寫入需借助C＃程序，利用模塊拼接順序、位置、姿態(tài)等信息，結(jié)合模型庫(kù)中存儲(chǔ)并重新生成的模塊有限元模型，編寫*.bd f文件。首先編寫求解序列及工況設(shè)置等信息，再結(jié)合外部數(shù)據(jù)依次寫入殘余結(jié)構(gòu)模型及超單元模型信息，若模型組裝完成即停止寫入，否則繼續(xù)寫入模型信息，實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖3所示。

對(duì)于采用零件超單元的模型數(shù)據(jù)，性能評(píng)估正確性的核心在于超單元模塊連接正確且各連接界面位置完全重合。本文采用了如圖4所示的一級(jí)超單元體系結(jié)構(gòu)［15］，為調(diào)整子結(jié)構(gòu)的位置和姿態(tài)，使用了POINT和SELOC語(yǔ)句來(lái)保證模塊連接的正確性。根據(jù)模塊拼接信息，POINT語(yǔ)句在空間中定義3個(gè)不共線的點(diǎn)以標(biāo)志出模塊連接面的3個(gè)頂點(diǎn)，此后通過(guò)SELOC語(yǔ)句指定某超單元上對(duì)應(yīng)連接面的3個(gè)頂點(diǎn)調(diào)整位置與之重合，實(shí)現(xiàn)模型位置的正確調(diào)整與模塊組裝，該過(guò)程示意圖如圖5所示。

圖3 模型數(shù)據(jù)寫入實(shí)現(xiàn)過(guò)程Fig.3 Realization process ofmodel data editing

圖4 一級(jí)超單元體系結(jié)構(gòu)［15］Fig.4 Single-level superelement system structure diagram［15］

圖5 模型位置調(diào)整過(guò)程示意圖Fig.5 Schematic diagram ofmodel location adjustment process

3 平臺(tái)的體系框架

3.1 平臺(tái)總體框架設(shè)計(jì)

根據(jù)本文所提出的基于可視化模型的可重構(gòu)航天器概念設(shè)計(jì)方法，可視化概念設(shè)計(jì)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)框架如圖6所示，平臺(tái)按功能分為可視化建模、數(shù)據(jù)源、檢測(cè)與評(píng)估及可視化顯示與交互4個(gè)模塊，具體如下。

圖6 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)框架Fig.6 Overall design architecture of platform

1）可視化建模包括三維模型建立和外形渲染：三維建模中根據(jù)外形和尺寸信息建立概念設(shè)計(jì)階段所需的模型；外形渲染結(jié)合重構(gòu)部件的外層材料材質(zhì)特點(diǎn)，使用映射技術(shù)以增強(qiáng)模型的真實(shí)感。

2）數(shù)據(jù)源包括重構(gòu)部件模型庫(kù)及輸入?yún)?shù)兩部分。重構(gòu)部件模型庫(kù)中包括可視化建模模塊中所獲得的可重構(gòu)部件可視化模型及部件特性模型；輸入?yún)?shù)主要是通過(guò)平臺(tái)為重構(gòu)部件輸入的物理參數(shù)和接口屬性信息。

3）檢測(cè)與評(píng)估模塊為平臺(tái)的核心功能模塊，在工程設(shè)計(jì)人員操作平臺(tái)的過(guò)程中，該模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行接口檢測(cè)，確認(rèn)是否滿足幾何約束，通過(guò)檢測(cè)后進(jìn)行模塊拼接，確?？蓪M足連接條件的模塊接口連接；完成模塊連接操作后，對(duì)形成的可重構(gòu)構(gòu)型進(jìn)行性能評(píng)估并關(guān)聯(lián)物理特性，相關(guān)數(shù)據(jù)信息可保存于重構(gòu)部件數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4）可視化顯示與交互為平臺(tái)的主要人機(jī)交互界面，可根據(jù)工程設(shè)計(jì)人員需要，基于渲染管線對(duì)各類模型進(jìn)行三維可視化變換，實(shí)現(xiàn)不同可重構(gòu)模塊的移動(dòng)和連接，接收性能評(píng)估數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示，為可重構(gòu)航天器概念設(shè)計(jì)階段的模塊裝配提供了客觀逼真的場(chǎng)景。

3.2 信息流程設(shè)計(jì)

基于平臺(tái)總體設(shè)計(jì)框架，在進(jìn)行可重構(gòu)航天器概念設(shè)計(jì)的過(guò)程中，工程設(shè)計(jì)人員可通過(guò)交互界面進(jìn)行構(gòu)型的新建、保存以及打開，上述操作過(guò)程中指令信息經(jīng)交互界面?zhèn)鬟f至可視化場(chǎng)景，場(chǎng)景對(duì)信息進(jìn)行處理后將參數(shù)信息對(duì)應(yīng)傳遞至模型庫(kù)、性能評(píng)估模塊以實(shí)現(xiàn)模型庫(kù)信息的獲取及評(píng)估模塊的調(diào)用，反饋的結(jié)果或參數(shù)信息將傳送至可視化場(chǎng)景中以支持概念設(shè)計(jì)工作，該流程隨航天器構(gòu)型設(shè)計(jì)而持續(xù)運(yùn)行，設(shè)計(jì)平臺(tái)的信息流程如圖7所示。

圖7 平臺(tái)信息流程Fig.7 Information flow of platform

4 平臺(tái)搭建與算例

4.1 平臺(tái)搭建

可重構(gòu)航天器可視化概念設(shè)計(jì)平臺(tái)根據(jù)框架設(shè)計(jì)方案基于多平臺(tái)開發(fā)搭建，其中基于Visual Studio軟件進(jìn)行WPF前端程序開發(fā)，可視化交互界面基于Unity3D開發(fā)，模型庫(kù)基于SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)引擎開發(fā)。

模型庫(kù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)將直接影響設(shè)計(jì)的效率及實(shí)現(xiàn)的效果，合理的設(shè)計(jì)將減少模型庫(kù)存儲(chǔ)量，并使數(shù)據(jù)有較高的完整性和一致性［16］。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)象，模型庫(kù)內(nèi)部架構(gòu)分為標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、模塊庫(kù)和構(gòu)型庫(kù)，如圖8所示。

在可重構(gòu)航天器概念設(shè)計(jì)階段，為快速完成航天器構(gòu)型的設(shè)計(jì)，需實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模塊的快速導(dǎo)入。為此在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中存儲(chǔ)常用可重構(gòu)模塊的三維模型及屬性數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)航天器模塊的快速生成和信息的快速提取。

圖8 重構(gòu)部件模型庫(kù)架構(gòu)Fig.8 Architecture of reconfigurable componentsmodel base

模塊庫(kù)主要針對(duì)經(jīng)過(guò)人為調(diào)整修改的特定模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，參數(shù)修改后的模塊，若在設(shè)計(jì)中將被多次使用，可在屬性數(shù)據(jù)設(shè)置完成后保存至模塊庫(kù)，此后可直接調(diào)用以避免重復(fù)操作。

主要是平流霧對(duì)能見度影響較大，霧季航行除了嚴(yán)格遵守有關(guān)霧航規(guī)定外，還需加強(qiáng)VHF值班，收聽VTS通告及它船動(dòng)態(tài)，可安排專人負(fù)責(zé)。應(yīng)用好雷達(dá)、AIS導(dǎo)航，充分發(fā)揮AIS導(dǎo)航進(jìn)行了望。能見度不良時(shí)，盡量不要追越它船，確需追越時(shí)可利用TCPA進(jìn)行判斷，判斷先會(huì)遇還是先追越，還有會(huì)遇時(shí)間、地點(diǎn)、距離，但應(yīng)留有3～5分鐘的安全余量。

構(gòu)型庫(kù)對(duì)應(yīng)由重構(gòu)部件拼接所形成的可重構(gòu)航天器構(gòu)型，通過(guò)對(duì)模塊的添加和拼接設(shè)計(jì)，并進(jìn)行特性分析評(píng)估，即完成一種特定構(gòu)型的初步設(shè)計(jì)評(píng)估工作。初步設(shè)計(jì)的航天器構(gòu)型可以保存至構(gòu)型庫(kù)中，構(gòu)型庫(kù)將對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存以便再次進(jìn)行編輯。

為開發(fā)并建立重構(gòu)部件模型庫(kù)，依照模型庫(kù)架構(gòu)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)模塊表、自定義模塊表、航天器構(gòu)型表及航天器模塊表以完成對(duì)于概念設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)支持，數(shù)據(jù)表間的關(guān)系如圖9所示。

圖9 數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)關(guān)系Fig.9 Data relationship of data tables

4.2 算 例

為說(shuō)明本文方法的有效性，給出了基于平臺(tái)所實(shí)現(xiàn)的可重構(gòu)航天器概念設(shè)計(jì)算例。算例參考了Adomeit等［17］對(duì)于可重構(gòu)航天器的設(shè)計(jì)思想，可重構(gòu)模塊包括系統(tǒng)模塊和用于傳遞載荷的結(jié)構(gòu)模塊，其中系統(tǒng)模塊對(duì)應(yīng)航天器子系統(tǒng)可劃分為不同功能的模塊。

在平臺(tái)資源準(zhǔn)備階段，結(jié)合重構(gòu)部件模型庫(kù)，工程設(shè)計(jì)人員向可視化場(chǎng)景中添加可重構(gòu)模塊；在概念設(shè)計(jì)運(yùn)行階段，利用平臺(tái)的人機(jī)交互功能，設(shè)計(jì)人員可按照設(shè)計(jì)意圖拼接模塊形成航天器構(gòu)型，并能根據(jù)需求向場(chǎng)景中繼續(xù)添加模塊；平臺(tái)中分析評(píng)估與概念設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，性能評(píng)估模塊對(duì)航天器構(gòu)型的質(zhì)量、基頻特性進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)更新重構(gòu)部件模型庫(kù)中的數(shù)據(jù)。在可重構(gòu)航天器設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員可隨時(shí)調(diào)整場(chǎng)景的視點(diǎn)和視角，并將初步設(shè)計(jì)獲得的航天器構(gòu)型保存于模型庫(kù)以便再次查看和編輯。圖10給出了設(shè)計(jì)人員拖拽傳感器模塊與結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行拼接過(guò)程中，模塊接口間距滿足連接幾何要求時(shí)場(chǎng)景中彈出連接按鈕的平臺(tái)界面場(chǎng)景。界面上方為菜單欄，左側(cè)任務(wù)欄用于顯示任務(wù)樹及模型相關(guān)信息，中部的操作顯示區(qū)為嵌入的Unity3D三維交互場(chǎng)景，為平臺(tái)主要操作區(qū)域，下方的日志記錄區(qū)主要用于顯示各關(guān)鍵操作指令信息等。

圖10 模塊連接效果Fig.10 Rendering ofmodule connection

以概念設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，圖11為通過(guò)平臺(tái)設(shè)計(jì)獲得可重構(gòu)航天器構(gòu)型后，平臺(tái)對(duì)構(gòu)型的質(zhì)量和基頻特性進(jìn)行評(píng)估的場(chǎng)景，所得結(jié)果顯示于操作顯示區(qū)左下側(cè)的性能評(píng)估窗口，設(shè)計(jì)人員可對(duì)構(gòu)型方案合理性做出判斷以進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)。

圖11 航天器構(gòu)型特性評(píng)估效果Fig.11 Rendering of spacecraft configuration characteristics evaluation

5 結(jié) 論

本文針對(duì)可重構(gòu)航天器概念設(shè)計(jì)階段需要在保證設(shè)計(jì)效率的前提下考慮幾何及性能雙重約束進(jìn)行設(shè)計(jì)這一問(wèn)題，提出了基于可視化模型的可重構(gòu)航天器概念設(shè)計(jì)方法。

1）所提方法基于具有幾何及性能特性的可視化模型，實(shí)現(xiàn)了可視化層面和物理特性層面的關(guān)聯(lián)，將傳統(tǒng)分析方法中獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的三維模型建立和性能分析步驟進(jìn)行有效整合。

2）所提方法對(duì)應(yīng)概念設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)空間大、方案迭代頻繁的特點(diǎn)，依托重構(gòu)部件模型庫(kù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的數(shù)據(jù)信息支持，具有一定的工程適用性。

3）基于所提方法所搭建的設(shè)計(jì)平臺(tái)具有可擴(kuò)展性及較強(qiáng)的人機(jī)交互性能，平臺(tái)具有接入其他領(lǐng)域特性評(píng)估模塊的能力，操作直觀，較使用CAD軟件設(shè)計(jì)構(gòu)型具有更強(qiáng)的浸入感。

4）算例表明，可重構(gòu)航天器可視化概念設(shè)計(jì)平臺(tái)為新型航天器的概念設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵信息參考，為后續(xù)設(shè)計(jì)方案的分析與修改奠定了基礎(chǔ)，具有一定推廣應(yīng)用的前景。