涡喷-6发动机涡轮及加力燃烧室虚拟装配系统开发

2016-03-26赵彩霞郑步生南京航空航天大学金城学院南京56南京航空航天大学南京006

军民两用技术与产品 2016年3期

金　冉　赵彩霞　郑步生（.南京航空航天大学金城学院，南京　56；.南京航空航天大学，南京　006)

金冉1赵彩霞1郑步生2
（1.南京航空航天大学金城学院，南京211156；2.南京航空航天大学，南京210016)

摘要对涡喷-6发动机的涡轮及加力燃烧室的虚拟装配系统进行了研究。采用Pro/Engineer（Pro/E）软件对部件进行了三维建模，并对装配工艺进行了理论研究。然后，采用VS2008中的MFC设计了一系列人性化的界面，用户可以通过界面上的工具控制按钮选择装配的部件、装配时所需要使用的设备及工具等。最后，使用VS2008和Pro/Toolkit编写装配程序，实现了虚拟装配系统的开发。用户采用该系统可以手动模拟装配的工艺过程，若装配过程中出现顺序错误、工具选择错误、装配不到位等情况，系统能够提示出现的问题并给出相应的解决方案。

关键词涡喷-6，虚拟装配，Pro/Engineer，二次开发

Development of Virtual Assembly System for Turbine and Afterburner Device of WP6 Engine

Jin Ran1Zhao Caixia2Zheng Busheng2
(1.Jincheng College,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing,211156; 2.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing,210016)

AbstractThe virtual assembly system for WP-6 engine was studied.Firstly,the three-dimensional models of components were built using Pro/E.After that,the assembly process was studied in theory.On the basis of theoretical study,a series of user-friendly dialog interface were designed using MFC function in VS2008.Users could use the controlling buttons on the interface to select the components as well as the equipment and tools needed in assembly process.Finally,assembly procedures were written using VS2008 and Pro/Toolkit,and the development of virtual assembly system was finished.With this system,users could simulate the assembly process.If there were mistakes including assembly sequence mistakes,tool selection mistakes,not in appropriate place and so on,the system would remind the problems and give corresponding solutions.

KeywordsWP6，Virtual assembly，Pro/Engineer，Secondary development

引言

涡喷-6发动机由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管，以及加力燃烧室等部分组成。本文以Pro/Engineer 5.0作为开发平台，利用VS2008开发出了具有可视化界面的涡喷-6发动机涡轮及加力燃烧室部分的虚拟装配系统。该系统目前主要用于教学，其具有以下优点：一是可以使教师在讲述与发动机相关课程的时候更加形象生动；二是学生在进行发动机装拆实际训练时可以先进行虚拟装拆，了解整个装拆的工艺过程，包括工具的选择、拆装的步骤等，达到事半功倍的效果；三是弥补了因工具不全、条件不够、资金不足等原因而无法开展实验的不足。

1　虚拟装配系统的开发

采用本文开发的涡喷-6发动机涡轮及加力燃烧室部件的虚拟装配系统，用户可手动模拟装配工艺过程。首先调入待装配的零部件，然后通过界面选择合适的工具，进而进行零部件的手动装配。若操作过程中出现装配顺序错误、工具选择错误、装配不到位等情况，系统能够提示出现的问题并给出相应的解决方案。

1.1三维模型的建立

该系统以Pro/Engineer软件作为开发平台，首先需对零部件进行三维建模。涡喷发动机涡轮及加力燃烧室的主要零部件包括一级涡轮导向器、后轴承、涡轮转子、二级涡轮导向器、二级涡轮叶片、加力燃烧室等。图1和图2分别为一级涡轮导向器和后轴承的三维模型，采用拉伸结合阵列的方法生成各自特征。图3为涡轮转子，涡轮盘和涡轮轴的生成采用分段拉伸的方法，一级转子叶片的生成采用混合结合阵列的方法，采用拉伸去除材料并结合阵列生成全部榫槽。图4为二级涡轮导向器，采用旋转的方法生成变截面的外壳，其余特征采用拉伸方式生成。图5为二级涡轮叶片，采用混合方法生成该零件。图6为加力燃烧室，除燃油喷嘴以外，其余特征可采用旋转结合阵列的方法生成，燃油喷嘴采用扫描伸出项的方法生成。

上述零部件为主要部件，紧固件及其它一些细小的零件的建模在此略去。

图1　一级涡轮导向器

图2　后轴承

图3　涡轮转子

图4　二级涡轮导向器

图5　二级涡轮叶片

图6　加力燃烧室

1.2涡轮及加力燃烧室的装配工艺

涡轮及加力燃烧室进行装配的顺序为一级涡轮导向器、后轴承、涡轮转子、二级涡轮导向器、二级涡轮叶片、加力燃烧室。装配时所使用到的工具及装配的工序如表1所示。

1.3涡轮及加力燃烧室虚拟装配系统的开发

本文采用VS2008结合Pro/Toolkit对Pro/Engineer 5.0野火版进行二次开发。

表1　涡轮及加力燃烧室装配工具和工序

（1）菜单栏的开发

在入口函数user_initialize()中使用ProMenubarMenuAdd添加新的菜单项，使用ProMenubarmenuPushbuttonAdd添加新的菜单按钮。编译完成后，在“帮助”后增加了“涡喷-6”菜单项。菜单栏效果如图7所示。

图7　菜单栏

（2）对话框的开发

对话框包括图8所示的“装配部件选择界面”、如图9所示的“涡轮装配界面”，以及如图10所示的“加力燃烧室装配界面”。

图8　装配部件总界面

“装配部件总界面”中包含了“涡轮”部件的按钮，以及“加力燃烧室”部件的按钮，点击按钮可分别进入与相应部件相对应的装配界面，如图9和图10所示。

在装配过程中，每个部件的装配需要选用不同的工具。如图9所示，为实现工具的选择，在界面中添加了两个Combox控件，在初始化函数OnInitDialog中使用AddString()函数为其添加下拉菜单。同时，界面中还有两个Picture Control控件，用于显示与所选择的工具相对应的图片，使用户使用起来更加方便。Picture Control控件中显示的图片需随上方选中的工具的变化而变化。为实现此功能，使用LoadBitmap()函数将图片载入系统内存，然后使用GetLBText()函数读取Combox中所选的工具的名称，找到与之对应的图片，使用SetBitmap()函数将图片设置到Picture Control控件中。其效果如图9所示，当工具1选择了梅花扳手时，其下方的图片即为梅花扳手。

图9界面下半部分添加了一系列Button控件，分别对应涡轮部件中的各类零件。在使用该系统装配时，可以通过点击下方的这些按钮把需要的零件调入到装配界面中。调入零件的函数为ProMdlLoad()。

“开始装配”按钮的作用是激活手动装配界面，激活函数为ProAsmcompConstrRedefUI()。

装配完成后点击“结束装配”按钮，系统通过读取坐标的方式判断装配是否正确。

（3）虚拟装配系统的程序设计

该系统主要实现的功能是手动模拟涡轮，以及加力燃烧室部件的实际装配过程，程序的实现过程中需判断调入零件正确与否、选择工具正确与否，以及最终安装位置是否正确。实现的流程如图11所示。

图9　涡轮装配界面

图10　加力燃烧室装配界面

图11　装配系统实现流程图

首先调入零件，程序判断该零件是否正确。如果不正确，系统提示还有其它零件尚未装配，用户重新执行调入零件操作；如果正确，则进行工具的选择。选定工具后进行工具的判断，若工具选择错误，则系统提示“此工具和装置不能装配该零件，请选择其它工具”，用户重新选择工具；当工具选择正确时，便可激活手动装配窗口，用户进行手动装配。最后，系统会判断装配是否正确。若装配正确，则完成装配；若装配错误，则重新执行手动装配操作。在判断零件及工具是否选择正确时，均采用strcmp()函数，判断装配是否准确的方式则是把读取的零件坐标与标准值进行比较。