Создание графического интерфейса для подсистемы САПР по расчёту нагрузок на пусковую установку от струи ракетного двигателя.

Автор: 
Подгорнов П.

Подсистема САПР "GDN" по расчёту газодинамических нагрузок на пусковую установку была разработана в Конструкторском бюро специального машиностроения (КБСМ г. С-Петербург) и предназначена для определения нагрузок от струи двигательной установки (ДУ) стартующей ракеты.

На начальном участке траектории ракета совершает пространственное движение, в результате которого струя двигательной установки (ДУ) описывает сложную траекторию, воздействуя на различные элементы пусковой установки (ПУ). Задача осложняется при наличии у ракеты качающихся сопл, системы управления вектором тяги ДУ, стартовых двигателей, двигателей заклона и других дополнительных устройств.

Подсистема "GDN" включает решение следующих основных задач, оформленных в виде самостоятельных расчетных блоков:

  • Расчет суммарных силовых нагрузок на элементы ПУ

  • Расчет эпюр давления на выбранных элементах

  • Расчет параметров потока, омывающего элементы ПУ

  • Расчёт взаимного расположения струи ДУ и элементов ПУ

Все решаемые задачи унифицированы по входным данным, оформленным в виде единой базы данных. Входные данные включают сведения о геометрической форме и размерах конструктивных элементов ПУ, параметрах движения стартующей ракеты на начальном участке траектории, данные по геометрии соплового блока и режимах работы двигателей ракеты, химическому составу топлива. Выбор конкретного варианта расчета обеспечивается заданием соответствующей стартовой траектории ракеты, выбором режима работы ДУ и необходимого временного шага расчета . Расчетные модули подсистемы базируются на оригинальном методе расчета основного участка струи ракетного двигателя с учетом равновесных физико-химических превращений, связанных с догоранием недоокисленных компонентов топлива в кислороде воздуха.

При формализации внешнего облика, ПУ представляется в виде совокупности простых геометрических элементов (примитивов) четырех типов. Элементы I и II типов представляют собой плоские фигуры, ограниченные ломаной линией или окружностью. Элементы III и IV типов — это замкнутые поверхности второго порядка или их части. Элементы размещаются в пространстве базовой ( связанной с ПУ как с единым целым) системы координат произвольным образом при этом учитывается возможность экранирования одних элементов другими от воздействия струи в процессе движения ракеты по траектории . При описании ПУ сложной конфигурации обьем исходных данных может быть значительным, соответственно, резко увеличивается и вероятность ошибок.

Недостатком конфигурации подсистемы "GDN", эксплуатирующейся в настоящее время в КБ специального машиностроения и ряде других предприятий отрасли, является отсутствие удобного графического интерфейса, обеспечивающего контроль всего массива исходных данных и наглядное отображение результатов расчета.

Настоящая работа была выполнена для восполнения этого недостатка и представляет собой отдельный программный модуль на языке Perl, обеспечивающий чтение всего массива исходных данных и результатов расчета с последующей конвертацией в трехмерную VRML (Virtual Reality Modeling Language) сцену . Сенсоры, включенные в состав этой сцены, обеспечивают контроль задания внешнего облика ПУ и комплектации узлов для расчета нагрузок, отображение распределения давления по поверхности элементов в процессе старта, графики изменения параметров обтекающего потока в выбранных точках (датчики).

Пример VRML-сцены, получающейся после конвертации массива исходных данных, задающего конфигурацию пусковой установки типа С-300 ПМУ, можно просмотреть ]]>здесь]]> (размер файла 54К).

Для просмотра сцены необходим VRML-клиент (скачать и установить VRML-клиент "Cortona" можно ]]>здесь]]> )

Язык VRML позволяет создавать статичные и динамичные 3D миры с мультимедиа объектами, которые могут содержать звук, видео, тексты и изображения. VRML был признан как международный стандарт (ISO/IEC-14772-1:1997) Международной Организацией по Стандартам (International Organization for Standardization (ISO)) и Международной Электротехнической Комиссией (International Electrotechnical Commission (IEC)) в декабре 1997. Использование его в качестве базового языка при создании графического интерфейса для подсистемы "GDN" позволяет получать компактный файл, допускающий размещение в Internet или интрасети предприятия. Используя отдельный VRML-броузер или же вспомогательную программу просмотра VRML - документов, добавленную к обычному Web-броузеру, можно просматривать трехмерную сцену, называемую также "миром". Это программное обеспечение распространяется, как правило, бесплатно.

В настоящей работе использовался VRML-клиент "Cortona" компании ]]>"Parallel Graphics"]]> . Это ПО работает с Netscape Navigator версии 3.01 и выше и с Microsoft Internet Explorer, начиная с версии 3.02. Клиент имеет небольшой объем, а использование технологии Active Setup позволяет ускорить процесс его установки и обновления. Cortona обладает программными средствами для быстрой визуализации (rendering), обеспечивающими высокую скорость и качество изображения на машинах без 3D-ускорителей. С помощью "Cortona" можно добиться синхронизации взаимодействия объектов в VRML-сценах по сети, так что изменение, произведенное в сцене одним из пользователей, немедленно становится доступно всем остальным пользователям, наблюдающим данную сцену. Для редактирования получающейся после конвертации сцены возможно использование ]]> "Internet Space Builder"]]>, ]]>"VrmlPad"]]>, а также другого специального программного обеспечения той же компании.