楊博，呂頌，王小蒙，沈躍

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所，沈陽110015）

1 引言

智能設計是現(xiàn)代化設計與制造的突出特點，與傳統(tǒng)CAD理念的重要區(qū)別是其完全基于自頂向下的正向設計過程。所謂自頂向下設計，簡單來說就是在裝配環(huán)境中進行零部件設計，通過定義零件之間的相互關聯(lián)參數(shù)，可以實現(xiàn)零件內部和零部件之間全部相關參數(shù)的修改，從而提高產品質量和設計效率，同時還可以降低成本[1～3]。在國內的應用據(jù)調查最早開始于十幾年前，并且在艦船、兵器及工程機械的各個領域均有應用[4～6]，而在航空航天，特別是試驗驗證領域的應用卻鮮有報道。本文將自頂向下的設計方法應用于試驗工裝的設計，填補了相關科研領域的空白。

2 三維自頂向下設計方法

三維自頂向下設計是通過建立頂層設計方案規(guī)劃，并逐級向下傳遞，作為下一級設計準則的設計方法，使整體設計方案最終形成一條完美的閉環(huán)鏈條。該方法通過定義總體與部件、部件與零件及總體與零件間的相互關聯(lián)參數(shù)，可以實現(xiàn)總體與部件、部件與部件、部件與零件及零件與零件之間的重要特征參數(shù)聯(lián)動。具體功能主要通過wave部件間鏈接器實現(xiàn)。

以航空發(fā)動機渦輪冷卻效果試驗工裝的設計為例，自頂向下依次為總體層（950總圖），部件層（試驗件、801轉接段、802試驗段、803排氣段及804采用3D打印工藝的集氣盒組件），零件層（每個部件下羅列了相關重要零件從001前支板到026右陪襯件導流盒）。建模時，首先建立950總圖，接著在其裝配模塊下插入給定的試驗件模型，并新建部件801～804，所有部件均采用試驗件模型的基準，然后依次在各個部件裝配模塊下新建相應的零件模型001～026。至此三維自頂向下設計方法的結構模型骨架已搭載完成。

這一部分工作內容主要關注自頂向下設計框架結構的搭建及所有模型零部件基準的統(tǒng)一。

3 詳細設計的基本流程

進入詳細設計階段的重點設計內容就是用wave部件間連接器創(chuàng)建各模型間的重要特征尺寸關聯(lián)，以航空發(fā)動機渦輪冷卻效果試驗工裝的詳細設計為例，如圖1所示。首先需要對001前支板進行建模，接著利用wave部件間鏈接器傳遞特征參數(shù)下緣板弧長、半徑及厚度對002前支板支撐條進行建模，同樣的方法建立003后支板及004后支板支撐條。接著通過傳遞葉柵截面重要特征尺寸及進氣角建立005試驗段進口內套，建立006試驗段進口外套依托的重要特征參數(shù)為葉柵截面尺寸、進氣角及試驗段進口內套的長度，同樣方法建立007試驗段出口內套及008試驗段出口外套。然后根據(jù)前支板與后支板的重要特征參數(shù)傳遞依次創(chuàng)建009頂板、010底板、011左側板及012右側板。最后創(chuàng)建013試驗段進口法蘭和014試驗段出口法蘭，他們的特征參數(shù)傳遞母體分別為001前支板、005試驗段進口內套、006試驗段進口外套及003后支板、007試驗段出口內套、008試驗段出口外套。至此802試驗段部件下的重要零件基本創(chuàng)建完成，依照同樣的方法可以創(chuàng)建另外3個部件下的零件，這里不再贅述。在詳細設計過程中重要特征參數(shù)均進行參數(shù)化變量命名，方便后期模型適應性調整。

圖1航空發(fā)動機渦輪冷卻效果試驗工裝詳細設計拓撲結構圖

這一部分工作內容主要關注wave部件間鏈接器的使用及參數(shù)化設計的應用，由此可見，整個設計過程的關鍵因素主要有4點，如圖2所示，分別為自頂向下設計框架的搭建，全模型基準的統(tǒng)一設定，重要特征尺寸參數(shù)化設計的應用及wave部件間鏈接器的使用。

圖2試驗工裝自頂向下設計方法關鍵因素魚骨圖

4 在試驗工裝設計中的應用

以某航空發(fā)動機渦輪工作葉片冷卻效果試驗工裝的設計為例，應用上述三維自頂向下設計方法，首先建立設計框架。設計過程中對焊接工藝處理的結構件均施加了固定約束，對有拆裝要求的緊固類標準件根據(jù)實際情況添加了相應的約束。

最終設計完成如圖3所示，從圖中可以看出，應用該方法設計出的模型干凈、清爽不冗繁且易修改，達到了預期的研究目標。

圖3工作葉片試驗工裝設計成品

5 結論

文中對基于NX的自頂向下設計方法進行了較為詳盡的研究，得到結論如下：

1）將設計過程區(qū)分為框架搭建及詳細設計2個部分，總結出該方法應用過程中的4個關鍵因素；

2）將該設計方法應用到試驗工裝的設計實踐中，得到了較好的設計產品；

3）該設計方法對其他復雜模型組件的結構設計同樣具有較強的參考意義。