一种基于二维平面展开的发动机管路方案设计方法

技术领域

本申请属于航空发动机管路设计领域，特别涉及一种基于二维平面展开的发动机管路方案设计方法。

背景技术

航空发动机外部管路主要用于滑油、燃油及空气等介质的输送，管路间彼此通过接头、卡箍、支架等连接起来，与相关附件一起，构成复杂的发动机管路系统。外部管路排布方案设计过程需要进行多系统多轮次迭代，工作量巨大，传统的外部方案设计过程中主要依据人工经验开展固定方案、密封方案、补偿方案等方面的设计工作，或采用一定的计算机辅助手段进行局部的优化，效率偏低。

因管路间层叠穿插，相关连接、补偿、固定结构等均存在较强的关联性，传统的人工经验设计全局性较差，难以在方案阶段对于每台发动机外部结构布局的特点，制定出有针对性的合适方案。而当前计算机辅助管路自动敷设技术虽有一定的研究进展，但在工程实践上尚停留在壁障算法和一些初步的编程技术上，无法与设计意图紧密结合，工程应用的实际效果欠佳。且发动机设计过程中系统需求的变化均可能对整体设计方案造成较大影响，造成工作周期的延迟或管路排布的整体效果不佳。

为了解决上述问题，需从外部结构方案设计角度，提出一种能够有效利用发动机外部设计空间进行快速设计的方法。

发明内容

本申请的目的是提供了一种基于二维平面展开的发动机管路方案设计方法，以解决现有技术中航空发动机的管路设计效率低、整体效果不佳的问题。

本申请的技术方案是：一种基于二维平面展开的发动机管路方案设计方法，包括：

获取发动机整机管路装配数据，选取主辅安装节坐标进行基准平面3点解算，确定发动机三维坐标系，而后将发动机三维坐标系的周向角度为纵坐标、轴向角度为横坐标，设置发动机二维坐标系，根据二维坐标系将发动机管路的外部三维空间模型展开为二位平面模型，形成二维平面展开图；

根据二维平面展开图开展附件布置，确定多组管路初步设计方案，而后对多组管路初步设计方案进行综合对比，形成最优二维设计方案；

根据最优二维设计方案获取二维管线的最佳路径，并将管路折弯点作为管形控制点，确定管路在空间中通过的所有约束点，而后对二维平面展开图中的管路敷设方案进行升维，重建三维管线路径。

优选地，对发动机管路的外部三维空间结构进行展开的方法为：

确定发动机管路的外部三维空间模型比例，而后确定外部三维空间模型角度跨距，而后通过微元法对外部三维空间模型进行俯视投影，截取角度跨距内的投影结果，而后按照跨距角度进行模型旋转，并再次对相邻区域内的外部三维空间模型按照角度跨距进行俯视投影，确定当前区域内的投影结果并与上一区域投影结果进行拼接，拼接完成后，判断外部三维空间模型是否旋转一周，若否，则再次控制外部三维空间模型进行旋转，并再次投影；若是，则对拼接后的二维平面展开图进行检查，并判断二维平面展开图准确性要求是否满足设计要求，若是，则完成二位平面展开图的设计，若否，则重新确定角度跨距并重复投影，直至二位平面展开图准确性满足设计要求。

优选地，当前区域的投影结果与上一区域投影结果进行拼接的方法为：根据发动机二维坐标系，分别获取当前区域内投影结果的靠近上一区域一侧的边缘坐标，以及上一区域内靠近当前区域一侧的边缘坐标，而后采集当前区域与上一区域的边缘重合点的坐标，将当前区域的投影结果按照重合点的坐标进行整体挪移，完成拼接。

优选地，对所述多个初步设计方案进行综合对比的方法包括：对外部附件布局是否满足相连管路路径最短原则、管路固定点之间距离是否满足管路设计标准要求、管路布局是否完全能够避开维护点并留有足够维护空间以及管路层叠关系的合理性分别进行打分，而后计算打分均值，将打分均值最高的一组初步设计方案作为最优二维设计方案。

优选地，对管路敷设方案进行升维的方法为：获取发动机横截面图，确定发动机横截面图中的所有约束点，而后将约束点与管形控制点通过发动机三维坐标系和发动机二维坐标系进行对比，根据坐标关系获取各管形控制点分别对应的约束点，最后根据约束点进行升维。

本申请的一种基于二维平面展开的发动机管路方案设计方法，先将发动机整机管路的三维数据，而后通过根据发动机三维坐标系的对应关系，设置发动机二维坐标系，将发动机管路的外部三维空间模型展开，形成二维平面展开图；而后根据二维平面展开图开展附件布置，直至形成最优二维设计方案，最后根据管路约束点与管形控制点的对应关系对管路敷设方案进行升维，重建三维管线路径。从系统原理图转化为管路展开图是从“平面”到“平面”的过程，因此设计效率大幅提高，可以快速实现多方案的对比分析及迭代优化。快速收敛得到最优布局，最大程度地避免了颠覆性的方案修改。使得发动机外部空间布局可以做到既满足使用和维护的基本要求，同时尽量保持了紧凑型和美观性，展现设计品质。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请整体流程示意图；

图2为本申请发动机外部空间二维平面展开设计流程示意图；

图3为本申请微元法投影原理图；

图4为本申请进行微元拼接的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于二维平面展开的发动机管路方案设计方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S100，外部三维空间的“降维”平面展开

对于发动机外部空间，虽然其包含不同类别的结构，如附件、管路、卡箍等，但管路与管路之间往往是按顺序分层装配，因此可以把每一层单独分开，分别进行分析。同时由于每一层结构在半径方向的尺度远远小于其他方向的尺度，因此每一层均可以看作“蒙皮”。展开过程即忽略了外部空间的“厚度”，将作为主要矛盾的轴向和周向表示在二维平面中。为了实现展开图轴向与周向尺度的统一，借鉴世界地图经度线、纬度线思维，进行降维展开，具体步骤如下：

获取发动机整机管路装配数据，选取主辅安装节坐标进行基准平面3点解算，确定发动机三维坐标系，而后将发动机三维坐标系的周向角度为纵坐标、轴向角度为横坐标，设置发动机二维坐标系，根据二维坐标系将发动机管路的外部三维空间模型展开为二位平面模型，形成二维平面展开图。

通过进行降维处理，能够更加方便地获取管路之间的装配位置关系，从而更优效率地进行管路设计方案的构建。

如图2所示，优选地，对发动机管路的外部三维空间结构进行展开的方法为：

确定发动机管路的外部三维空间模型比例，而后确定外部三维空间模型角度跨距，如图3所示，而后通过微元法对外部三维空间模型进行俯视投影，截取角度跨距内的投影结果，而后按照跨距角度进行模型旋转，并再次对相邻区域内的外部三维空间模型按照角度跨距进行俯视投影，如图4所示，确定当前区域内的投影结果并与上一区域投影结果进行拼接，拼接完成后，判断外部三维空间模型是否旋转一周，若否，则再次控制外部三维空间模型进行旋转，并再次投影；若是，则对拼接后的二维平面展开图进行检查，并判断二维平面展开图准确性要求是否满足设计要求，若是，则完成二位平面展开图的设计，若否，则重新确定角度跨距并重复投影，直至二位平面展开图准确性满足设计要求。

优选地，当前区域的投影结果与上一区域投影结果进行拼接的方法为：根据发动机二维坐标系，分别获取当前区域内投影结果的靠近上一区域一侧的边缘坐标，以及上一区域内靠近当前区域一侧的边缘坐标，而后采集当前区域与上一区域的边缘重合点的坐标，将当前区域的投影结果按照重合点的坐标进行整体挪移，完成拼接。

步骤S200，基于等尺度展开的多方案综合对比

根据二维平面展开图开展附件布置，按照燃/滑油/空气系统图中规定的接口之间连接逻辑关系，确定多组管路初步设计方案，而后对多组管路初步设计方案进行综合对比，形成最优二维设计方案。

通过采取二维平面内的快速设计方法，可以在较短时间周期内形成多个方案，进行综合对比。

优选地，对所述多个初步设计方案进行综合对比的方法包括：对外部附件布局是否满足相连管路路径最短原则、管路固定点之间距离是否满足管路设计标准要求、管路布局是否完全能够避开维护点并留有足够维护空间以及管路层叠关系的合理性分别进行打分，而后计算打分均值，将打分均值最高的一组初步设计方案作为最优二维设计方案。

步骤S300，复杂管形的表达及管线路径“升维”重建

根据最优二维设计方案获取二维管线的最佳路径，并将管路折弯点作为管形控制点，确定管路在空间中通过的所有约束点，而后对二维平面展开图中的管路敷设方案进行升维，重建三维管线路径。

优选地，对管路敷设方案进行升维的方法为：获取发动机横截面图，确定发动机横截面图中的所有约束点，而后将约束点与管形控制点通过发动机三维坐标系和发动机二维坐标系进行对比，根据坐标关系获取各管形控制点分别对应的约束点，最后根据约束点进行升维。

本申请先将发动机整机管路的三维数据，而后通过根据发动机三维坐标系的对应关系，设置发动机二维坐标系，将发动机管路的外部三维空间模型展开，形成二维平面展开图；而后根据二维平面展开图开展附件布置，直至形成最优二维设计方案，最后根据管路约束点与管形控制点的对应关系对管路敷设方案进行升维，重建三维管线路径。从系统原理图转化为管路展开图是从“平面”到“平面”的过程，因此设计效率大幅提高，可以快速实现多方案的对比分析及迭代优化。快速收敛得到最优布局，最大程度地避免了颠覆性的方案修改。使得发动机外部空间布局可以做到既满足使用和维护的基本要求，同时尽量保持了紧凑型和美观性，展现设计品质。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。