液体火箭发动机的三维数字化协同设计研究

    0 引言

    随着信息化技术和并行设计工程理念的飞速发展，三维数字化协同设计已在航空、航天、航海、石油、化工和汽车等领域广泛应用，对传统研制模式造成了很大的影响和冲击，并已成为机械产品设计行业的发展趋势。

    本文结合某液体火箭发动机三维数字化协同设计应用现状，论述了三维数字化协同设计的流程、特点以及应用成果，全面展示了三维数字化协同设计相对于传统研制模式的优势，促进了该模式在液体火箭发动机和其他机械产品领域的推广。

    1 国内外现状

    国外基于产品数字样机的数字化设计与制造模式已广泛应用于航空、航天、船舶、石油和汽车等领域，并成为产品设计和制造行业发展的趋势。

    20世纪90年代初，波音公司在研制波音777时首次采用了全三维数字化设计、并行设计等数字化技术，率先实现了100％的数字化产品定义和三维数字化预装配，并通过实施飞机构型定义与控制、制造资源管理等大型工程，使得波音777的研制周期比波音767几乎缩短了50％，设计更改和返工率减少50％，装配时出现的问题数量减少了50％～80％。进入2l世纪，波音公司又推出了全球协同研制环境(GCE)，实现了对波音787协同研制的支持，它给整个产品研制提供了一个崭新的系统方法和解决方案，真正实现了产品研制的全寿命周期数字化协同研制过程与系统的全面集成。

    在国内，航空领域的数字化应用起步较早，目前已在飞豹、歼20、运一2O和ARJ2l等多个飞机型号上使用。其中运一20和ARJ21通过采用全三维数字化设计和并行工程方法实现了大部段对接一次成功和飞机上天一次成功。国内航天领域的数字化应用起步相对较晚，目前已在新一代运载火箭上进行了应用，其中CZ一7火箭已实现全寿命周期数字化研制。

    2 设计模式对比

    2．1 传统设计模式

    传统设计模式下的液体火箭发动机设计流程见图1。

    图1 传统设计流程

    设计人员首先按照发动机系统设计输入完成产品方案设计和结构设计，然后完成二维图纸设计，再依次完成校对、审核、工艺会签、标审和批准，最后将二维图纸晒兰下厂。可以看出，传统设计模式未发挥三维数字化设计手段的优势，且整个研制过程是一个串行模式。传统设计模式存在以下缺点：

    1)串行模式导致设计各阶段脱节，产品设计周期长；