基于CATIA二次开发的发动机喷管外形参数化设计

作者:高运奎;李召华;吕勤云 刊名:机电产品开发与创新 上传者:李静新

【摘要】以固定式收敛喷管的设计为例,在研究了喷管外形设计的参数化描述基础上,应用VB环境下CATIA二次开发的自动化技术,实现了喷管外形参数化设计。实例表明,所提出的方法能快速生成喷管外形,可以实现喷管外形参数化设计。

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0引言发动机喷管在飞机设计中占有很重要的位置,研究表明飞机在亚声速巡航状态下,1%的喷管效率大约相当于1.7%的净推力。在飞机总体设计阶段各种参数经常需要修改,因而发动机喷管的设计也要随着飞机设计参数的改变而改变。参数化设计为快速生成发动机喷管三维外形模型提供了有效的途径。参数化设计[1]是指系统通过尺寸驱动的方式,以独立的几何约束条件按既定的几何参数生成一系列具有相同拓扑结构的二维或三维图形的一种设计方法。在航空领域参数化设计应用较多的方法是在现有CAD系统的基础上进行二次开发。本文研究如何用VB编程语言和CATIA二次开发技术实现发动机喷管外形的参数化设计。CATIA(ComputerAidedThree-dimensionInterfaceAccess)软件是由法国达索(DassaultSystems)公司开发的第五代工程应用软件,集成了CAD、CAE和CAM,具有强大的开发设计功能没,其基于规则驱动的智能化设计技术,为用户进行二次开发提供了更多途径,在航空航天、汽车、电子与电气等领域得到了广泛的应用。1CATIA二次开发技术二次开发是实现软件用户化和专业化的有效手段[2,3],它可以使软件更好地为用户服务,这对提高工作效率和工作质量有着不可低估的作用。CATIA为用户提供了二次开发接口和开放式的内部命令集合,给用户的二次开发带来了方便。CATIA提供了多种二次开发的接口,其中包括自动化对象编程(V5Automation)和开放的基于构件的应用编程接口(CAA)。CAA是CATIAV5的一整套C++函数库,该函数库在CATIA运行时加载。用户通过安装RADE(RapidApplicationDevelopmentEnvironment)模块,在VC++编程环境下编制程序与CATIA通讯进行二次开发。Automation技术是建立在COM基础之上,由OLEAutomation(ObjectLinkingandEmbeddingAutomation)发展而来的。Automation技术的核心是允许一个应用程序操作另一个应用程序,Automation技术不是直接获取及处理数据,而是间接地利用对象的方法和属性获取、设置及处理数据,更有利于实现参数化设计。本文主要利用VisualBasic6.0调用其自动化接口,实现CATIA的二次开发。2发动机喷管外形参数化设计发动机喷管可分为拉瓦尔喷管和收敛喷管,本文主要研究在民用飞机上应用的固定式收敛喷管。固定式收敛喷管外形设计主要包括外部形线设计和内部形线设计,主要涉及喷管最大直径D6(即发动机涡轮出口外径),喷管长度LAB,喷管出口直径De三个几何参数。2.1喷管外部形线的设计[4]喷管外部型线设计的主要目标是得到较小的底阻,喷管外部越平滑,则其周围的压力场越均匀;外部气流越靠近其外表面,即底阻小。良好的流线型喷管外形线可用下式表示:r=0.5[D6-(D6-De)x2/LAB2]2.2喷管内部形线的设计[5]为了在收缩喷管出口得到均匀的一维流动,喷管壁面形状必须进行专门的设计,只有设计的很平滑的型面,才能使气流在喷管中逐渐得到膨胀。保证进口截面产生的横向压强梯度和径向分速度减小,并在出口截面上趋于0,从而获得均匀的出口流场。喷管壁面的设计方法之一是按维托辛斯基来计算壁面的型线,其公式为:r=re1-1-rer021-3x2l'221+x2l'23姨式中:l'=姨3LA,r0、re分别是喷管进口和出口半径。3喷管参数化设计实例3.1设计思路在设计过程中,需要对喷管内外形线进行离散化,然后用样条曲线实现内外形

参考文献

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