小型战术导弹弹上电缆网敷设设计

李文昊，蒲 瑶，张立新，赵晓刚，杨 倩，王治平

(1 西安现代控制技术研究所，西安 710065；2 95903部队，武汉 430331)

0 引言

导弹作为一种典型的复杂机电产品，弹上电缆网的敷设是决定产品性能和质量的一个重要因素。一般的战术型导弹，弹体尺寸小，结构紧凑，内部空间狭小，对舱内电缆网的敷设要求更高。目前工程上应用比较广泛的做法就是在首套实物样机装配时，根据实物尺寸测量结果及个人经验进行电缆网敷设设计，并根据样机的实际情况不断改进优化，造成前期产品电缆网尺寸不合理，装配质量的一致性不高。同时，电缆网敷设设计一直被动进行，导致当弹上电气、结构部分设计更改时，电缆网敷设设计的更改存在一个滞后期，影响产品设计效率和试制周期。

目前国内外关于电缆网敷设方面的研究主要包括两部分：系统开发及基础技术研究[1-3]，其次是应用研究，主要的研究对象大多为电子设备[4]内部和海底电缆[5]的敷设，针对弹上电缆网的敷设研究则主要集中在提高产品的电磁兼容性方面[6-8]，对电缆网内部导线的处理方式提出了要求。

针对上述问题，采用三维设计软件UG/Routing Electrical电气管线布置模块，以某型防空导弹仪器舱为研究对象，在弹上电气设计初期，对舱段电缆网的敷设进行仿真设计，并进行试验验证。

1 UG/电气管线布置模块

UG/Routing Electrical电气管线布置模块[9]是一个用于生成电气电缆网敷设数据的三维设计工具，能够模拟电缆网在结构中的空间布置，提供路径规划、定义连接器接口、生成成形板等功能，实现在UG装配环境中进行电缆网路径布置和优化设计。图1所示为电缆网敷设设计的一般流程：首先要建立导弹装配模型和电连接器模型；其次要对各个连接器进行端口定义；然后分别建立并导入连接器组件及对应电气连接关系、设计并规划敷设路径及干涉检查，最后生成三维电缆网敷设模型。根据生成的三维电缆网敷设模型制作二维成形板(包括电缆网的相对长度、分叉位置等)，用以指导电缆网生产和导弹装配。

图1 电缆网敷设设计流程图

2 敷设仿真设计

2.1 模型建立

以某型防空导弹为研究对象，利用UG三维设计软件建立舱体、部件及电连接器等舱内零部件三维模型如图2所示。结构模型的细化程度直接决定虚拟电缆网敷设的精确度。

图2 舱体及部件三维模型

2.2 端口定义

端口定义的目的是定义电连接器各个端子的属性包括编号，接插方向等信息，方便后续电连接器各个端子导线的敷设和电连接器的装配定位，利用审核部件命令，设置定位端口属性和多端口属性，一般选择多端口，如图3所示。

图3 端口定义

2.3 组件建立及导入

通过放置部件将建立好的电连接器模型按实际情况装配好后，为了便于识别，需要给每个电连接器赋予唯一的part name。主要有人工指定和列表导入两种方式，如图4和图5所示，其中组件列表是后缀为.cmp的文本文件。

图4 人工指定组件

图5 列表导入组件

2.4 连接建立及导入

通过设置各个端子之间的连接关系，实现整舱电缆网敷设。先建立组件列表，依据组件ID创建连接列表，与组件列表类似，连接列表也可通过自动导入和人工指定两种方式，如图6和图7，其中连接列表是后缀为.hrn的文本文件。

图6 人工指定连接关系

图7 列表导入连接关系

在导入连接列表时，可以对导线类型、颜色、剥线长度等参数进行设置。为提高后续电缆网各线缆束直径计算和干涉检查等的准确性，需要对UG自带数据库类型进行修正，表1为弹上常用导线类型及参数表。

表1 弹上常用导线类型及参数表

2.5 创建路径

根据各个电连接器在舱内的空间分布，按照最短路径原则和一般导线敷设工艺知识，设计规划电缆网的敷设路径，并生成如图8所示的三维电缆网模型，可以直观地看到电缆网在舱内的布局和走向，并根据干涉检查的结果，不断优化敷设路径。

图8 三维电缆网模型

2.6 创建成形板

利用上述的三维电缆网模型可以生成对电缆网加工具有指导意义的成形板图，即传统意义的加工尺寸图。成形板图可以精确地给出每个电连接器的分叉位置及对应长度，并且只要三维电缆网敷设方案发生改变，可以同步快速生成新的成形板图。

2.7 仿真结果分析

仿真效果图，仿真电网图分别如图9～图10所示。根据仿真结果达到以下效果：

图9 仿真效果图

图10 仿真电缆网图

1)实现弹上电缆网三维敷设设计，设计得到电缆网成形板图，为电缆网的加工提供依据，提高设计效率及质量。其次，依据电缆网成形板图将除热电池和隔离开关等火工品以外的导线在舱段装配之前制作成舱段电缆网，改善了制约项目装配进度的瓶颈工序，优化工艺流程，提高了装配效率，促进了产品研制进度。

2)得到舱段的三维电气装配图，明确电缆网敷设路径及扎线方式，为装配工艺的编制提供依据，从而有效指导装配人员布线扎线，改善电气装配工艺的可视化水平，提高了产品装配质量的一致性，保证了产品性能的高可靠性。

3)通过干涉检查，验证了弹体内部空间预留及结构设计的合理性。

4)得到电缆敷设的三维模型，为后续进行电缆网电磁兼容性分析提供模型。

3 试验验证与分析

根据实物样机的具体情况通过采用传统测量、比对等方式制作的舱段电缆网如图11所示，对各个分支尺寸进行实际测量，与上述仿真结果进行对比，如表2所示。

图11 传统方式制作电缆网图

表2 结果对比表

其中Li为仿真结果，li为传统结果，平均误差η为：

(1)

由表2及式(1)可知，仿真结果与通过传统实物样机设计电缆敷设结果相比电缆网的加工尺寸平均误差仅为18%，在工程应用上这样的误差认为是可以接受的[10-11]，其中L3与L6尺寸误差较大，主要原因是弹上计算机的三维模型与实物之间存在一定的误差。因此，试验结果表明该仿真方法具有一定的可行性，可以辅助设计人员实现弹上电缆网的敷设设计，减小设计成本，提高设计效率。

同时，通过对比图12和图13可以看出，仿真得到的电缆网敷设路径及电缆网扎线方式与实际结果基本一致，表明该方法可以很好的指导实际装配，明确弹上电缆网的敷设路径，统一扎线方式，保证产品质量一致性，提高产品性能可靠性，具有一定的工程应用价值。

图12 仿真扎线图

图13 实际扎线图

4 结论

基于三维设计软件UG开展了弹上电缆网敷设设计研究,解决了目前小型战术导弹弹上电缆网敷设设计基本依靠经验，敷设设计质量差，设计滞后无法指导实际装配，项目研制前期无成品弹上电缆网制约项目研制进度等问题。三维电缆网敷设模型可以直观地反映出弹上各零部件的安装与电缆网的空间布局及走向，通过发现布线设计与结构设计之间的干涉问题，将问题解决在设计开发阶段，对工程研制也有着重要的意义。