Разработка подсистемы формирования и графического построения скелетной схемы форсажной камеры ВРД

Основной задачей этапа формирования облика форсажной камеры является определение основных геометрических параметров камеры, выбор базовых конструктивных решений для основных элементов и предварительная оценка параметров технического совершенства.

Компьютерная среда САМСТО (Синтез и Анализ Моделей Сложных Технических Объектов), используемая для системы формирования облика и детального расчета форсажной камеры [1, 2], разработанной авторами, позволяет, создавать системы моделирования любого технического объекта, если известна совокупность уравнений, описывающих его поведение. Создаваемые системы обладают достаточно высоким уровнем пользовательского интерфейса, обеспечивая высокую производительность труда проектировщика. Интерфейс, создаваемый средой, поддерживает все необходимые инструменты создания документирования расчетов (графики, отчеты, таблицы).

Для создания систем моделирования в среде САМСТО используется модульный принцип построения математических моделей сложных технических объектов, когда модель объекта в целом формируется как совокупность моделей составляющих его элементов, связанных определенным образом. Каждый элемент модели (модуль) представляет собой единое неделимое информационное образование и может описывать процессы (характеристики) для отдельного элемента технического объекта или реализовывать отдельные процедуры процесса моделирования технического объекта.

Взаимодействие между системами разного уровня может быть организованно в зависимости от вида используемых библиотек. Рассмотрим, например, передачу данных из системы “Формирование облика” в систему “Детальный расчет”. Результатом работы системы формирования облика является геометрия проточной части проектируемой форсажной камеры.

Предполагается несколько путей передачи геометрии:

создание собственного формата графического файла, например базы данных ключевых точек с помощью BDE или использования обычного текстового файла и языка, аналогичного HTML или ХML¹;

организация взаимодействия с существующей CAD-системой с помощью API-интерфейса, например, КОМПАС, AutoCad или Unigraphics, что дополнительно обеспечивает возможность предварительной конструктивной проработки перед детальным расчетом;

возможно совмещение двух методов – созданный файл базы данных считывается в CAD систему с помощью макроса, работающего в самой системе, при этом в имеющуюся параметрическую модель вводятся значения рассчитанных параметров;

ручной ввод оператором в подсистему детального расчета модели по результатам работы подсистемы формирования облика.

В случае использования единой библиотеки, в процессе расчета в системе “Формирование облика” возможно определение и хранение геометрических параметров внутри модулей (общих для обеих систем) и их последующее использование в детальном расчете.

После формирования облика ФК и её предварительной конструктивной компоновки совместно с турбиной и реактивным соплом выполняется детальный расчет форсажной камеры.

Подсистема графического построения скелетной схемы форсажной камеры является логическим продолжением подсистемы формирования облика.

Существуют несколько основных пути реализации данной задачи:

а) использование процедур создания графических примитивов, предусмотренных в Мета САПР САМСТО;

б) создание внутри подсистемы формирования облика текстового скрипта на языке AutoLisp, что позволит CAD системе из семейства AutoCad, исполнив его построить требуемую скелетную схему;

в) построение отдельной системы на базе высокоуровневого языка программирования с соответствующей интегрированной средой разработки, позволяющего обеспечить графический интерфейс пользователя, например Delphi;

г) построение отдельной системы, на базе высокоуровневого языка программирования с соответствующей интегрированной средой разработки, взаимодействующей с внешними CAD системами посредством API интерфейса.

Язык программирования AutoLISP – это вариант языка LISP, в который добавлены функции доступа к объектам, таблицам и словарям системы AutoCAD. Основой языка LISP является работа со списками, которые могут иметь произвольную длину и включать элементы разной природы (числа, текстовые строки, указатели файлов и т. д.). В то же время в языке доступны обычные арифметические вычисления, логические операции, работа с файлами и т. д. С помощью языка AutoLISP можно писать программы или вводить в командной строке выражения, которые затем вычисляет система AutoCAD. Для чтения и разбора выражений в систему AutoCAD встроен интерпретатор AutoLISP.

Для разработки и отладки программ на AutoLISP удобно пользоваться входящей в систему AutoCAD 2000 интегрированной средой Visual LISP. Там же будут рассмотрены дополнительные функции, доступные только после загрузки Visual LISP и повышающие эффективность работы системы AutoCAD.

При выборе варианта реализации задачи можно рассуждать следующим образом. Современный рынок программного обеспечения производства насыщен самыми разнообразными универсальными САПР, способными существенно облегчить работу конструктора. Вместе с тем, как известно, несмотря на огромное число такого рода инструментальных средств автоматизации инженерной деятельности, универсальные системы часто недостаточно эффективны для решения конкретной задачи пользователя. С другой стороны, разработчики узкоспециализированных САПР сталкиваются с необходимостью реализации в рамках своих систем большого числа функций универсальных систем, например, CAD-систем, поскольку в функциях геометрического моделирования и визуализации геометрических объектов нуждаются практически все современные специализированные САПР. Наличие в CAD-системах соответствующего инструмента API (Application Program Interface), ориентированного на создание пользовательских программных модулей, интегрированных с базовым программным продуктом, может существенно сократить время разработки специализированной САПР. Известная дилемма для разработчиков специализированных САПР: создавать полностью собственный программный продукт с собственным графическим редактором или взять за основу какую-либо популярную CAD-систему – все чаще сегодня решается в пользу второго подхода. Этому способствуют, в частности, отказ от применения в современных API традиционных устаревающих методов функционального расширения базовой системы за счет встроенного макроязыка (или ограниченной библиотеки функций). Ориентация API, прежде всего, на обеспечение для пользователей богатых возможностей удобного подключения внешних модулей, написанных на языках высокого уровня, а также на работу в сети, существенно повышает потенциальные возможности применения универсальных систем в специфических предметных областях, несмотря на известные достоинства специализированных графических редакторов: простоту и отсутствие функциональной избыточности.

Еще одно преимущество использования второго подхода для разработчика приложений заключается в уменьшении эффекта «старения» созданного прикладного программного обеспечения, т.к. часть решения проблемы «старения» берет на себя разработчик универсальной САПР, который в условиях жесткой конкуренции вынужден постоянно обновлять версии своего программного продукта.

Рис. 1. Окно ввода исходных данных по режиму работы

Пожалуй, наиболее популярной, в настоящее время, технологией создания API становится NET технология, разработанная компанией Microsoft. Стоит отметить, что данная технология не является единственной, позволяющей интегрировать внешние модули в систему. Большинство универсальных CAD-систем также поддерживают COM (Component Object Model) технологию, позволяющую внедрять внешние объекты в приложение, но из-за сложности разработки СОМ-компонентов данная технология не получила широкого распространения.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что самым оптимальным является интеграция с CAD системой с помощью API интерфейса. Однако САМСТО не поддерживает подобную интеграцию, и не все CAD системы имеют открытый API интерфейс. С целью возможности дальнейшего развития системы, возможности сохранения функционала при переходе на САМСТО следующего поколения и отработки соответствующих технологий, был выбран путь создания системы на объектно-ориентированном языке высокого уровня с использованием интегрированной среды разработки (рис. 1 и 2).

Исходные данные и алгоритм расчета соответствует подсистеме формирования облика разработанной в САМСТО.

Рис. 2. Окно вывода скелетной схемы форсажной камеры

Разработанная система позволяет визуально увидеть сформированный образ форсажной камеры, позволяющий упростить выявление некорректных результатов расчета и принятие компоновочных решений.

Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы».

Литература:

1. Сенюшкин Н.С., Харитонов В.Ф. Применение модульного метода при моделировании и проектировании камер сгорания воздушно-реактивных двигателей // Вестник УГАТУ Т.11, №2 (29). С.39-47, Уфа, 2008.

2. Сенюшкин Н.С., Харитонов В.Ф. Двухуровневая система моделирования форсажных камер ВРД / Авиационная техника: Известия вузов. – 2010, № 4, с. 76-78.