Rheainfo Software

航天解决方案
多学科设计优化软件
试验数据处理系统
飞行器气动布局设计系统


               1 概述

当前,CADCAE技术得到了巨大的发展,多种商用及自编设计分析工具,被应用于各种分析、仿真领域,对提高行业设计水平和质量发挥了一定的积极作用。但同时又带来的新的问题,这些分析设计工具使用门槛高,对使用者的依赖程度比较大,难以得到大范围的推广;这些手段虽然相对结果准确,但使用复杂、计算周期长,无法显著减少设计时间,甚至可能增加了设计的时间;新手段带来的更多的数据类型、格式,使相互转化、协调变得更加困难。

多学科设计优化软件是为了解决目前设计工作中存在的诸多问题而引入的一套完善有效的体系架构,将所有资源加以整合,使其按照更加科学合理的方式进行应用,充分发挥各自优势,真正实现设计水平、设计效率、设计质量的有效提高。


         2 解决方案

软件采用如下架构设计:

多学科设计优化软件的架构分为平台门户系统、应用层、中间层和资源层四个层次。

l 平台门户系统:是整个优化设计平台的入口,平台的使用者通过访问这里,选择所需要的服务和应用,进入到相应的优化设计工作、与系统进行通信或者调用软硬件资源。

l 应用层:应用层是综合设计不同阶段所使用的集成环境,它是设计人员直接操作的平台,是一个统一的集成环境。在应用层中,通过组件封装的技术,系统集成了多种设计优化工具,包括商业软件和自研程序等。使用者根据各自需求向资源层提出数据、资源和任务请求,并对资源层所提供的信息进行分析处理,完成设计工作。

l 中间层:它是资源层与应用层之间的纽带,负责工程问题与物理问题之间的转换、软件流程的实现、对象的实现和管理、软件接口、组件之间数据传递以及各种服务,是系统的中间件和软件总线。

l 资源层:是整个系统的基础,分为应用资源和数据库两部分,其中可以包括产品库、元件库、标准规范、模板库、PDM系统、所有建模、气动计算、和优化等工具软件与程序等。资源的集中管理和共享在该层实现,为整个产品优化设计过程提供底层服务与支持。


 3 收益

多学科设计优化软件将设计过程中所需要的大量分析工作被封装起来,形成模板,放置于模板库中,将大量的重复性、专业性工作以及经验信息被整合到了一起,降低了对使用者的要求。同时软件通过集成优化软件实现了在设计过程中对于整个设计流程的优化,这样可以按照设计的需求,对设计的一个或者多个部分进行优化设计,使得优化成为一项常规的设计环节,而不再是一个极为困难的工作。软件还具有良好的扩展性,可以移植成为气动外形设计系统、结构分析系统、稳定控制系统、引信系统和推进系统等其它平台,从而构建出企业的一体化产品开发设计环境。




在开放性框架工具的基础上,针对试验台被测试对象的数据进行再处理,以其获得与设计结果相对应的数据通过图、表、曲线等进行数据对比、展示和装订,保存被试对象的测试性能数据

 1.系统主要具有如下功能:

 导入试验数据,可根据多种方法去除坏点,并且用户可自定义函数设置坏点去除方法

 原始试验数据展示,通过曲线、图表对原始数据进行对比、展示,局部点需要处理加工,可加工处理;

 系统支持大气环境数据库、燃料特性数据库、型号数据库、部件性能数据库等,并且用户可导入excel表格或连接基础库导入数据

 系统支持自定义性能计算求解器,求解器可通过Python脚本编程实现算法,不同的性能计算可切换求解器,完成求解

 系统支持计算后的数据进行数据展示,通过设计师的习惯和型号要求进行数据装订

 可根据用户模板生成试验数据处理报告和提供其他系统导出的标准格式数据

 2.系统结构框图

 原始试验数据坏点剔除。

 试验数据的性能计算和空天换算。

 后处理根据性能计算的结果进行数据展示和对比。

                   

                                             1 架构图                       图2 原始数据导入             图3 试验数据性能计算和换算

                                                  

                                                                      图4 后处理                  图5 扩展接口



在开放性框架工具的基础上,集成飞行器布局设计中所需的专业工具和自主开发程序,通过模板封装技术,构建界面统一、使用便利的飞行器气动布局优化设计与评估软件。

 1.系统主要具有如下功能:

设计过程中,能够界面交互式输入设计指标,选取布局形式,进行飞行器布局初始设计;

设计指标可以作为布局优化的设计变量和目标函数;

软件中飞行器弹身建模采用自定义母线的形式,可灵活定义弹身形状;

翼/弹舵设计支持常用的NACA翼型、六边形翼型和自定义翼型等,翼面形状为梯形,支持多段翼面,同时可以创建卷弧翼等;

飞行器的布局设计采用全参数化驱动,能够与三维建模软件UG进行无缝连接;

软件中集成多种气动分析工具,如DATCOMMGAEROCFXSTAR-CCM+FLUENTFINE/HEXAFASTRAN等,可以根据需要对飞行器模型进行计算,计算飞行器的气动参数,能够自动生成用于气动特性评估和弹道计算的气动力参数表;

对飞行器能够进行气动特性评估,如操纵性、稳定性和可用过载等;

对飞行器能够进行无控、程控弹道仿真;

集成成熟的优化软件(如iSIGHT等),能够随时对飞行器进行局部或全弹的单/多目标优化,改善气动性能,提高作战能力;

能够根据分析内容和预定义的报告模板,自动生成设计分析标准报告;

整个软件底层具有三大数据库作为支撑,即:气动布局设计数据库,数值分析结果数据库,风洞试验数据库,三者相互协作为气动布局设计服务;

软件能够对各级数据库进行有效管理,设计者能够非常方便地进行增、删、改、查,以及提取、调用操作。

 2.系统结构框图

CAD参数模板:实现弹翼/机翼造型,弹身/机身造型,并支持多种几何模型库。

网格拓扑模板:实现弹翼/机翼网格拓扑,弹身/机身网格拓扑,可实现快速生成高质量网格。

求解器:基于高性能的PBSLSF系统实现多种工况可实现快速计算。

后处理:通过部件命名规则和后处理算法     

  根据弹体坐标系的定义。弹体、弹翼或机身、机翼的部件获取六分力,分段力和力矩。

   优化:根据生阻力系数,通过优化软件驱动更新几何参数或者变更几何类型。


                                               

                      图1 架构图             图2 几何参数化模板                    图3 网格拓扑

                    

                                                          图4 后处理                                 图5 翼面获取