Проектирование сложных элементов конструкции ГТД в САПР

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального  образования

Пермский национальный исследовательский политехнический  университет

Кафедра авиационных  двигателей

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

По  курсу: Системы автоматизированного производства.

Тема: Проектирование сложных элементов конструкции ГТД в САПР.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                 Выполнил: студент группы АД-08зу

                             Белоусов К.Б.

                                                           Проверил: ст.пр. Семёнова И.В.

 

 

 

 

 

 

 

Пермь 2011

 

Содержание

1.Введение…………………………………………………………………….2

2.Создание полного электронного макета ГТД…………………………….5

3.Система управления проектными данными……………………………....5

          4.О некоторых проблемах компьютеризации процессов создания ГТД и   внедрения современных информационных технологий………………………… 6

          5.Методы и программы расчета и программы расчета на прочность элементов ГТД………………………………………………………………………7

6.Программный комплекс ГРАД…………………………………………….8

 

Список используемых сокращений

 

CAD-computer – aided design;

CAM-computer – aided manufacturing;

CAE-computer – aided engineering.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

Автоматизация отдельных  процедур проектирования и технологической  подготовки производства, постоянное увеличение количества персональных компьютеров дают определенный эффект, однако не приводят к существенному сокращению цикла создания газотурбинных двигателей (ГТД), поскольку не вносят принципиальных качественных изменений в технологию проектирования и доводки производства ГТД. Для создания сложных образцов новой техники (таких как ГТД) необходимо использование самых современных мощных систем CAD/CAM/САЕ с трехмерным моделированием.

При проектировании ряда ответственных деталей и узлов (например, турбинных и компрессорных лопаток, роторов), определяющих конструкцию двигателя, его технико-экономические характеристики и цикл изготовления опытного образца, требуется автоматизация конструкторских работ на высоком программно-техническом уровне. Например, цикл создания охлаждаемой турбинной лопатки, включающий расчетно-исследовательские и проектно-конструкторские работы, подготовку производства (проектирование и изготовление пресс-форм, оснастки и т.п.) и само изготовление комплекта лопаток, составляет около 12 месяцев. А если учесть, что в процессе создания двигателя необходимо спроектировать и изготовить несколько вариантов лопаток до принятия окончательного конструктивного решения, то становится очевидной актуальность комплексной автоматизации на всех стадиях создания лопатки на базе единой трехмерной геометрической модели. Аналогичные примеры можно привести по другим деталям ГТД.

Для обеспечения доводочных работ необходимо в сжатые сроки  изготавливать опытные образцы  двигателей и их узлов. Времени на проектирование и изготовление оснастки и приспособлений, как правило, не хватает. Это определяет актуальность задачи изготовления сложных деталей на станках с ЧПУ и автоматизации процессов подготовки управляющих программ, что, в свою очередь, требует интеграции систем автоматизации конструкторских работ и технологической подготовки производства на базе единых трехмерных моделей деталей и узлов ГТД.

Одной из таких систем является программный пакет Unigraphics на базе графических рабочих станций Hewlett-Packard. Unigraphics представляет собой гибкую гибридную систему, сочетающую традиционные принципы геометрического моделирования с параметрическим проектированием, что открывает широкие возможности в автоматизации конструкторских работ.

Проектирование ГТД  требует проведения большого количества теплофизических, газодинамических и прочностных расчетов, для которых разработаны прикладные программы, входящие в подсистемы САПР. Языки программирования и трансляторы, входящие в Unigraphics, позволяют соединить эти программы с Unigraphics и использовать их при разработке геометрических моделей. Наличие в Unigraphics интерфейса к пакету ANSYS позволяет решать сложные проблемы инженерного анализа конструкций ГТД на основе единой геометрической модели, полученной в Unigraphics, что значительно повышает точность и достоверность результатов анализа, сокращает время решения задач.

Кроме того, в Unigraphics привлекает широкий набор программных модулей CAM, особенно пакет VERICUT для графического моделирования процессов металлообработки.

Модули сборки и контроля сборки, кинематики механизмов, черчения, в том числе получение чертежей на основе 3D-модели, значительно расширяют  круг пользователей-конструкторов.

Unigraphics успешно используется  для проектирования и подготовки  производства наиболее ответственных деталей ГТД.

В частности, в системе Unigraphics были спроектированы охлаждаемые  рабочие лопатки и сопловые аппараты для четырех новых газотурбинных  двигателей ГТД 10, ГТД 15000, ГТД 25000, ГТД 110, лопатки и центробежное колесо компрессора, газосборник, газоотвод и другие сложные детали, а также разработаны программы для станков с ЧПУ для их изготовления.

Были произведены также  компьютерная макетная сборка и прокладка  трубопроводов ГТД 10, выполнены эскизные компоновки электростанций ГТГ-6, ГТГ-25; проверена на моделях заполняемость форм для литья рабочей лопатки и соплового аппарата двигателей ГТД 25000 и ГТД 110.

Для совершенствования  подготовки производства и существенного  повышения качества изготовления наиболее ответственных деталей ГТД в ближайшее время будут интегрированы в единую систему следующие компоненты: проектирование (Unigraphics, КОМПАС), подготовка производства (Unigraphics, программы для станков с ЧПУ), производство (станки с ЧПУ, контрольно-измерительная машина).

 

 

2.Создание полного электронного макета ГТД

Электронный макет представляет собой совокупность взаимосвязанных трехмерных моделей деталей, узлов и систем двигателя и создается на базе систем автоматизированного проектирования: CAD/CAM/CAE-системы высокого уровня Unigraphics, системы среднего уровня SolidWorks и конструкторской системы КОМПАС.

Эффективная работа по формированию и использованию электронного макета изделия возможна в том случае, если данные по этому макету хранятся в единой базе данных (БД) разрабатываемого проекта и все взаимодействия по проекту осуществляются через эту БД. При этом данные, получаемые на основании электронного макета ГТД, являются единственным источником информации для всех автоматизированных систем предприятия.

3.Система управления проектными данными

В настоящее время  ведущие зарубежные фирмы, в том  числе близкие к нам по ГТД General Electrics, Pratt & Whitney, внедрили PDM-систему  управления проектными данными iMAN (Information Manager), которая работает совместно  с Unigraphics.

iMAN позволяет создать  единую информационную модель  проекта в условиях параллельного  процесса ведения разработки, а  также на протяжении всего  жизненного цикла изделия формировать  и сохранять в базе данных  всю информацию о нем.

В информационную модель проекта легко интегрируются данные систем автоматизированного проектирования, электронных таблиц, текстовых процессоров, а также любая относящаяся к проекту информация, например: фотореалистические изображения, аудио- и видеоинформация, данные для автоматизированной технологической подготовки производства, включающие информацию для операционных технологических процессов, нормирования, снабжения, учета, и т.п.

iMAN обеспечивает:

• ассоциативную связь между набором данных и элементами структуры проектируемого объекта;
• автоматическое отслеживание всех изменений, которые вносятся в процессе проектирования;
• получение информации о проектируемом объекте непосредственно в процессе проектирования;
• создание полных сборочных спецификаций;
• визуальное редактирование иерархической модели изделия;
• определение процедур реализации объекта и электронных подписей, которые поддерживают механизм временного согласования работ над проектом и контроля их выполнения;
• автоматическое создание протокола процесса проектирования;
• управление проектом с большим количеством модификаций изделия.

4.О некоторых проблемах компьютеризации процессов создания ГТД и внедрения современных информационных технологий

За более чем 20-летний период эксплуатации САПР ГТД получила широкое развитие: от автоматизации расчетов на базе ЕС ЭВМ до автоматизации проектирования и конструирования с использованием графической системы КОМПАС, систем высокого уровня Unigraphics и среднего — SolidWorks на базе современных персональных компьютеров и графических станций.

Разработка и внедрение  систем автоматизации сопровождались преодолением известных трудностей, к которым относятся:

• нестабильное финансирование;
• психологические барьеры у отдельных руководителей и исполнителей;
• отсутствие у конструкторов опыта работы с ЭВМ;
• недостаточный уровень мощности вычислительной техники.

И лишь в последние  годы с появлением мощных ПК (и соответственно — оснащением предприятия современной  вычислительной техникой), развитием  операционных систем, прикладного программного обеспечения (систем КОМПАС, SolidWorks, Unigraphics), повышением компьютерной грамотности персонала были созданы условия для качественно нового этапа дальнейшей компьютеризации процессов создания ГТД.

Сегодня все осознают необходимость внедрения современных информационных технологий. Мы должны создавать ГТД, конкурентоспособные не только на российском, но и на мировом рынке. Сейчас

устанавливаются деловые  связи с рядом зарубежных фирм. Мы не имеем права отставать от них как по технико-экономическим  характеристикам, так и по срокам создания новых ГТД.

5. Методы и программы расчета и программы расчета на прочность элементов ГТД

Разработка методики конечноэлементного моделирования конструкций авиационных двигателей, стационарных и космических силовых установок :

• Разработка современных моделей ресурса элементов двигателей
• Создание специализированных комплексов МКЭ для систем проектирования элементов двигателей
• Интеграция современных средств САПР и АСК
• РОТОР - автоматизированная система расчета НДС деталей и узлов ГТД методом конечного элемента
• КОРВЕТ - сквозная специализированная система автоматизированного проектирования лопаток компрессоров
• ЦИКЛ - программный комплекс математического моделирования кинетики НДС в зонах концентрации напряжений

 

Современная методика проектирования предполагает глубокую интеграцию систем геометрического моделирования и конечно-элементного анализа для адекватного описания геометрических форм и условий работы критических деталей и узлов авиационной техники. Эта методика полностью реализована в отделе. Все используемые программные комплексы имеют возможности экспорта-импорта любой геометрической информации, что позволяет резко сократить затраты и время на создание математических моделей. Наша стратегия: "От чертежа - к геометрической модели, от геометрической модели к моделированию рабочего состояния деталей и узлов в условиях наиболее приближенных к реальным, на основании анализа оптимизация конструкторских решений возврат к чертежу".

       

На всех этапах проектирования расчетные модули, конечноэлементные  модели, программы связаны информационно  с помощью стандартных средств представления геометрической информации. Это позволяет обеспечить информационное единство чертежей, расчетных схем, объемных геометрических моделей от уровня концептуального проектирования до окончательного формирования рабочих чертежей деталей и их твердотельных геометрических моделей.

      

 

6.Программный комплекс ГРАД

ПК «газодинамические расчеты авиационных двигателей и энергетических установок» (ГРАД) является одной из подсистем САПР (системы автоматизированного проектирования) газотурбинных двигателей (ГТД). ПК обеспечивает выполнение большинства термогазодинамических расчетов, связанных с проточной частью газотурбинных, комбинированных двигателей и установок и двигателей с изменяемым рабочим процессом. Обеспечивает выполнение расчетов на всех этапах жизненного цикла, включая проектирование, испытания, доводку, серийное производство и эксплуатацию двигателя.

ПК ГРАД включает модуль универсальной математической модели ГТД (ММ), т.е. модели настраиваемой на двигатели и установки различных схем или на расчет их узлов, а также комплекс модулей задач, обеспечивающих выполнение требуемых расчетов.

В принципе он обеспечивает для любого газотурбинного двигателя или установки решение следующих задач:

Дроссельные характеристики. Этот модуль предназначен для расчета любых дроссельных или нагрузочных характеристик при любых внешних условиях, на различных высотах и скоростях полета, если это авиационный двигатель. Для каждой расчетной точки задается режим работы двигателя, высота и число Маха полета в этой точке. Используются параметры стандартной атмосферы. Число точек расчета не ограничено.