陳磊 張一 陶軍 劉永超 張佳琪

摘要：針對某新型運載火箭全箭振動模態(tài)試驗，以DELMIA數(shù)字化仿真軟件為平臺，綜合運用三維模型建立，流程仿真技術(shù)進(jìn)行了火箭進(jìn)出振動塔流程的仿真分析，優(yōu)化了火箭進(jìn)出塔方案，對后續(xù)真實試驗進(jìn)行了有利的支撐。

關(guān)鍵詞：運載火箭;DELMIA;流程仿真

為確保運載火箭安全可靠地運行，運載火箭全箭模態(tài)試驗是型號研制過程中的重要流程。運載火箭全箭模態(tài)精度直接影響到動態(tài)載荷與環(huán)境條件，關(guān)系到整個運載火箭結(jié)構(gòu)在飛行過程中的安全可靠性。同時結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)的精確性和可靠性決定了運載火箭控制系統(tǒng)是否正常工作，這些參數(shù)的錯誤會造成控制的失誤，使運載火箭因無法飛行而失敗。因而運載火箭研制過程對運載火箭全箭模態(tài)試驗技術(shù)提出極為苛刻的要求[1]。

運載火箭全箭進(jìn)出振動塔流程是一個非常復(fù)雜的過程。以往火箭進(jìn)出振動塔流程主要是靠文字性試驗方案，由于不直觀，在火箭進(jìn)出振動塔流程中往往由于某些環(huán)節(jié)未考慮清楚出現(xiàn)工作反復(fù)問題，嚴(yán)重影響試驗進(jìn)度。在某型號運載火箭模態(tài)試驗進(jìn)出振動塔流程中，首次采用流程仿真技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化全過程模擬，通過仿真將整個過程直觀、逼真地表現(xiàn)出來，對進(jìn)出塔方案進(jìn)行優(yōu)化，為后續(xù)運載火箭進(jìn)出振動塔過程提供了有利支持。

1 ?火箭進(jìn)出振動塔流程

火箭進(jìn)出振動塔是一個復(fù)雜的流程，從大的流程可以分為火箭進(jìn)入振動塔和火箭出振動塔。由于火箭出振動塔可以看做是火箭進(jìn)入振動塔的逆序，所以此項目更關(guān)注火箭進(jìn)入振動塔流程?；鸺M(jìn)入振動塔流程從大的流程節(jié)點分為助推器1進(jìn)入振動塔→助推器2進(jìn)去振動塔→助推器3進(jìn)入振動塔→助推器4進(jìn)入振動塔→芯一級進(jìn)去振動塔→芯二級進(jìn)去振動塔→星罩組合體進(jìn)去振動塔。

2 ?火箭進(jìn)出振動塔數(shù)字化結(jié)構(gòu)建立

本項目用到的DELMIA模塊主要為機(jī)械設(shè)計（Mechanical）、曲面設(shè)計（Shape）、數(shù)字化裝配（Digtal Mockup，簡稱DMU）、DPM和人機(jī)工程學(xué)設(shè)計與分析（Ergonomics Design & Analysis，簡稱EDA）。

2.1 產(chǎn)品和資源的建立

產(chǎn)品集合和資源集合的建立都是通過機(jī)械設(shè)計和曲面設(shè)計（復(fù)雜曲線和曲面）建立。本項目通過是否需要運動來區(qū)分產(chǎn)品集合和資源集合，將運動的物體如火箭、運輸車、升降平臺、工裝等作為產(chǎn)品，將不運動的物體比如廠房，塔體、操作者等作為資源。如圖1部分產(chǎn)品和資源（未渲染）

2.2 ?操作者建立

在做人機(jī)工效仿真前，首先要進(jìn)行的是數(shù)字化人體建模。DELMIA的EDA里自帶的有美國、加拿大、法國、日本和韓國這五國的人體模型，都有相應(yīng)的比例可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，如圖2所示。

3 進(jìn)出振動塔流程仿真工藝規(guī)劃

DPM是流程仿真的核心，試驗的實施方案通過工藝規(guī)劃分解為各重要流程，流程又能細(xì)分為更小的流程。流程中應(yīng)考慮各資源包括工人在不同場景下應(yīng)該處于何種狀態(tài)，如何運動。

3.1 建立流程庫

建立流程庫的目的是將整個流程細(xì)分成多級多個節(jié)點，在對應(yīng)的節(jié)點下制作對應(yīng)的流程，這樣便于管理，也便于后期對流程進(jìn)行修改。根據(jù)對仿真流程的分析，在DELMIA中建立流程庫。

3.2 管理PERT圖

在對應(yīng)的流程庫節(jié)點下制作流程時，還需要在PERT圖中定義流程的順序，如圖3所示。這樣才能保證流程的正常運行。哪些步驟是順序進(jìn)行，哪些步驟是并行進(jìn)行，都需要在PERT圖中定義。

3.3 進(jìn)出塔流程仿真

對整個流程進(jìn)行仿真，可以直觀的看到流程中的問題，以下為火箭進(jìn)塔流程中的一些場景，如圖4。

圖5隱藏了墻體，表現(xiàn)了火箭進(jìn)入振動塔后的狀態(tài)，這方便了操作者直觀的看到整個流程中各個產(chǎn)品的狀態(tài)。

4 ?總結(jié)與展望

數(shù)字化流程仿真應(yīng)用于火箭進(jìn)出振動塔流程有十分重大的意義。通過數(shù)字化仿真手段將實施場景真實、直觀的展示在眼前，形象的展示了火箭進(jìn)出振動塔的全過程?；鸺M(jìn)出振動塔試驗方案制定人員和操作者可以直觀的對試驗流程的每一個節(jié)點進(jìn)行直觀的交流和溝通，充分考慮各個環(huán)節(jié)流程的安全性、適宜性等，進(jìn)一步優(yōu)化方案。方案最終確定，流程仿真又可以指導(dǎo)操作者進(jìn)行具體工作的實施。數(shù)字化流程仿真對于復(fù)雜流程或者狹小空間作業(yè)問題有著先天的優(yōu)勢，對于復(fù)雜方案的驗證和優(yōu)化有著廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]吳素春、賈文成、邱吉寶.載人運載火箭全箭模態(tài)試驗.宇航學(xué)報.第26卷 第5期.2005年9月：第531`534、570頁

作者簡介：陳磊（1984-），男，天津市漢沽區(qū)人，研究方向，數(shù)字化設(shè)計制造仿真與模擬和減振技術(shù).

（北京強(qiáng)度環(huán)境研究所 ?100076）