Приложение для моделирования нервюр крыла и хвостового оперения самолетов в среде САПР Siemens NX

Михаил Басенко — окончил в 1982 году самолетостроительный факультет Харьковского авиационного института им. Н.Е. Жуковского по специальности «инженер-механик по самолетостроению». В настоящее время работает в должности ведущего инженера-конструктора одного из предприятий ОАК

Данное приложение разработано на языке Visual Basic с применением программного интерфейса NX Open API и предназначено для использования в САПР Siemens NX начиная с версии 2000. Стиль интерфейса пользователя идентичен стилю САПР Siemens NX.

Введение

Благодаря возникновению и развитию САПР, а также появлению в рамках САПР трехмерного моделирования резко увеличилась производительность конструкторского труда, который освободился от многих рутинных операций. Неизмеримо возросло и качество проектирования технических объектов. Тем не менее еще остается множество операций построения геометрических элементов, которые обеспечиваются средствами САПР, но требуют много времени для их реализации в ручном режиме из-за существенной трудоемкости и многократной повторяемости. К таким операциям в процессе моделирования нервюр и их частей, в частности, относятся: построение вырезов и подсечек под стрингеры и пояса лонжеронов, построение различных рифтов, отбортовок и подштамповок. Проблема усугубляется тем, что все перечисленные элементы стандартизованы, при их построении в модели детали необходимо постоянно работать со стандартами, что отнимает у конструктора колоссальное количество времени.

К счастью, разработчики различных САПР предоставляют в открытом доступе такую «палочку-выручалочку», как библиотеки API (Application’s Program Interface — программный интерфейс приложения). Это позволяет людям, имеющим навыки программирования, разрабатывать программы для автоматизации тех или иных рутинных операций в среде соответствующей САПР. В этом плане Siemens NX не является исключением, предоставляя библиотеки API на пяти языках программирования.

Три года назад автор данной статьи, являясь действующим авиаконструктором и имея многолетний опыт программирования на разных языках, вкусив все «прелести» моделирования и многократной переделки моделей нервюр вручную в процессе проектирования агрегатов самолета, принял решение радикально облегчить себе жизнь и разработать приложение, которое взяло бы на себя все или львиную долю рутинных операций в процессе 3D-моделирования деталей нервюр.

В настоящее время разработка приложения завершена и предлагается вниманию уважаемых пользователей. Для продвижения приложения автором созданы сайты: http://wing-rib.ru — для РФ и
http://wing-rib.store.ru — для зарубежья, на которых размещены Руководство пользователя, обучающие видеоролики и прайс-лист.

Общее описание возможностей приложения

Приложение позволяет моделировать следующие детали из алюминиевых сплавов: нервюры, пояса нервюр, хвостовые части нервюр, диафрагмы носка, диафрагмы предкрылка, перестыковочные стойки между частями нервюр и лонжеронами, входящие в состав следующих агрегатов: крыло, стабилизатор, киль, закрылок, элерон, руль высоты, руль направления и др.

В приложении используется система координат, в которой ось Х направлена против полета, ось Y — вверх, ось Z — в сторону левого борта самолета.

Приложение может функционировать на русском и английском языках. Выбор языка происходит автоматически в зависимости от значения системной переменной среды UGII_LANG, связанной с Siemens NX.

В процессе моделирования на всех частях нервюр можно выполнять:

• рифты трех типов по ГОСТ 17040-80 (рис. 1);
• рифт типа 1 по произвольной траектории на основе заранее подготовленного эскиза;
• отбортовки круглой формы трех типов и подштамповки круглой формы по ГОСТ 17040-80;
• отбортовки овальной формы трех типов и подштамповки овальной формы с учетом требований ГОСТ 17040-80 (рис. 2);
• отбортовки произвольной формы трех типов и подштамповки произвольной формы с учетом требований ГОСТ 17040-80 на основе заранее подготовленного эскиза (рис. 3);
• вырезы четырех наиболее часто используемых типов под стрингеры по ОСТ 1 03948-79 (в том числе с формированием подсечек под полки стрингеров, где это предусмотрено ОСТом) — рис. 4-7.
• подсечки в местах сопряжения с поясами лонжеронов и серединные подсечки согласно ОСТ 1 52468-80;
• приложение позволяет построить серединные подсечки в местах пересечения элементов нервюры полосой согласно ОСТ 1 52468-80 (рис. 8 и 9).
• освобождения в листе металла в углах схождения отгибаемых полок детали (рис. 10).

Рис. 1. Примеры построенных рифтов — слева направо: типы 1, 2 и 3

Рис. 2. Примеры построения круглых элементов жесткости — слева направо: тип 1, тип 2, тип 3, выдавка (подштамповка)

Рис. 3. Пример построения отбортовки произвольной формы типа 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

Рис. 10. Пример построения подсечек под полки пояса лонжерона и освобождения угла

Размещать вышеперечисленные элементы жесткости (кроме произвольных форм) на поверхности детали можно различными способами:

• с заданным интервалом;
• с минимальным интервалом с учетом требований ГОСТ 17040-80;
• по задаваемому списку дистанций;
• равномерно вдоль детали с учетом ориентировочного задаваемого интервала;
• в произвольно заданной точке.

В приложении можно задавать отступы от передней и задней кромок детали и от теоретического контура детали. Приложение при построении и размещении элементов жесткости будет учитывать эти отступы.

Построение и размещение элементов жесткости можно выполнять в несколько приемов. Допустим, сначала построить рифты, затем отбортовки. При построении каждого элемента жесткости приложение выполняет измерения расстояний до всех ребер основной грани детали с целью нахождения минимальных расстояний от места построения очередного элемента жесткости до окружающих ребер. Это необходимо для соблюдения заданных пользователем отступов, а также отступов, предписанных в соответствующем стандарте для строящегося элемента жесткости. При этом также учитывается наличие подсечек под пояса лонжеронов и вырезов под стрингеры.

После выполнения всех операций, выбранных пользователем, программа скругляет все острые углы на полках детали и формирует ссылочный набор MODEL, содержащий тело полученной детали. Изображение детали оптимизируется по рабочему окну NX и располагается в системном виде «Изометрия».

При появлении большинства окон, предлагающих выбрать тот или иной объект, в нижней строке окна появляется подсказка для уточнения запроса.

Параллельно с работой в данной программе можно выполнять операции в NX: ориентировать и оптимизировать изображение, выполнять измерения и др.

Далее рассмотрим более подробно некоторые аспекты, касающиеся построения вышеперечисленных элементов жесткости.

Рифты

При построении рифта типа 1 по произвольной траектории эта траектория должна быть плавной и представлять собой незамкнутый контур.

Отбортовки и подштамповки круглые

При построении этих видов элементов жесткости приложение предлагает три варианта исполнения:

• заданным диаметром;
• оптимизация диаметра по ½ строительной высоты детали в месте построения;
• максимально возможным диаметром.

Отбортовки и подштамповки овальной формы

Приложение автоматически скорректирует высоту отбортовки с учетом заданных и минимально допустимых отступов относительно ближайших ребер на основной грани детали, если заданная высота отбортовки не позволяет построить ее с учетом необходимых отступов.

Заключение

Таким образом, можно констатировать, что данное приложение избавляет конструктора практически ото всех рутинных операций в процессе моделирования нервюр и их частей, оставляя больше времени для творчества. В случае необходимости конструктору останется лишь подредактировать модель детали, добавив какие-нибудь отгибы, вырезы и т.п. Автор использует приложение в своей работе и рад, что облегчил себе жизнь. Он также надеется, что среди читателей этой статьи найдутся желающие последовать его примеру.

Список использованной литературы:

1. ГОСТ 17040-80 Элементы штампуемых деталей.
2. ОСТ 1 03948-79 Вырезы под стрингеры.
3. ОСТ 1 52468-80 Подсечки в деталях из листового материала.

Автор готов рассмотреть предложения о постоянной работе в качестве программиста в области разработки приложений с использованием NX Open API (e-mail: mbasenko@yandex.ru).