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

Введение

Благодаря появлению и развитию САПР, а также появлению в рамках САПР трехмерного моделирования, произошёл резкий рост производительности конструкторского труда и его освобождение 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 занимают много времени в процессе их реализации в ручном режиме по причине их 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 стандартизированы, и 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 и предоставляет библиотеки API на пяти языках программирования.

Три года назад, в 2021 году, 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 читателей. 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 направлена вверх, ось Z направлена 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;
Примеры построенных рифтов типа 1, 2 и 3 (слева направо):



• 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;

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



• Отбортовки произвольной формы трех типов и подштамповки произвольной формы с учетом требований ГОСТ 17040-80 на основе заранее подготовленного эскиза;

Пример построения отбортовки произвольной формы типа 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):












• 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:






• Освобождения в листе металла в углах схождения отгибаемых полок детали.
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, заданных в соответствующем стандарте для строящегося элемента жесткости. При этом также учитывается наличие подсечек под пояса лонжеронов и вырезов под стрингеры.

После выполнения всех операций, заданных 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 подробнее некоторые аспекты, касающиеся построения вышеперечисленных элементов жесткости.

Рифты

При построении рифта типа 1 по произвольной траектории эта траектория должна быт плавной и представлять из себя 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 ее построить с учетом необходимых отступов.

Заключение

Таким образом, можно констатировать, что данное приложение избавляет конструктора практически от всех рутинных операций в процессе моделирования нервюр и их частей и таким образом оставляет 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. Автор надеется, что среди читателей этой статью найдутся желающие последовать его примеру.

Cписок 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.

Сведения об авторе

Басенко Михаил Петрович
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. Автор готов рассмотреть предложения о постоянной работе в качестве программиста в области разработки приложений с использованием NX Open API.