3.5. Пример структурного синтеза зенитной пусковой установки

Принятие проектных решений охватывает широкий круг задач и процедур – от выбора вариантов в конечных и обозримых множествах до задач творческого характера, не имеющих формальных способов решения. Соответственно в САПР РК находят применение как средства формального синтеза проектных решений, выполняемого в автоматическом режиме, так и вспомогательные средства, способствующие выполнению синтеза проектных решений в интерактивном режиме. К вспомогательным средствам относятся базы типовых проектных решений, программно-методические комплексы их верификации и т.д.

Задача синтеза структур проектируемых объектов относится к наиболее трудно формализуемым. Существует ряд общих подходов к постановке этих задач, однако практическая реализация большинства из них неочевидна.

1. Постановка задачи

Определение актуальности и методической целесообразности проведения исследования для решения проблемы последовательного анализа аэрогазодинамических процессов при старте РН КА; выбор диапазона варьирования определяющими факторами.

2. Получение первичной информации о процессе

Разработка, изготовление, монтаж, отладка экспериментального оборудования и измерительной техники. Проведение физических и численных экспериментов, обработка данных измерений, визуализации течений и расчетов.

3. Разработка физической модели

Анализ первичной информации, выявлений общей структуры поля, течения и характерных областей, раскрытие определяющих закономерностей, выбор размерности задачи, оценка воздействия факторов на течения, составление содержательных описаний процессов.

4. Математическое моделирование процессов

Построение и применение пробных вариантов математических моделей, выбор окончательного варианта, разработка требуемой модели для конкретной области течения, составление алгоритма расчета, отладка рабочих программ.

Рис. 3.22. Этапы расчета аэрогазодинамических процессов

В связи с этим структурный синтез, как правило, выполняется в интерактивном режиме при решающей роли инженера-разработчика, а ЭВМ играет вспомогательную роль, предоставляя вовремя необходимые справочные данные, фиксируя и оценивая промежуточные и окончательные результаты.

Структурный синтез заключается в преобразовании описаний проектируемого объекта: исходное описание содержит информацию о требованиях к свойствам объекта, об условиях его функционирования, ограничениях на элементный состав и т.п., а результирующее описание должно содержать сведения о структуре – составе элементов и способах их соединения и взаимодействия. Постановки и методы решения задач структурного синтеза в связи с трудностью формализации не достигли степени обобщения и детализации, свойственной математическому обеспечению процедур анализа. Тем не менее для типовой конструкции ЗПУ, представленной на рис. 1.1, можно предложить ряд рекомендаций по ее проектированию.

1. Расположение газоотражателя на ПУ.

Как известно, газоотражатель может быть связан с одной из частей ПУ: неподвижным основанием, вращающейся или качающейся частью. Каждый из вариантов обладает определенными преимуществами и недостатками.

Например, при соединении газоотражателя с качающейся частью он имеет наименьший вес, поскольку в этом случае, передвигаясь вместе с ракетой при ее наведении и старте, он максимально перекрывает зону воздействия истекающей струи на элементы пускового оборудования. Однако при этом возникают значительные нагрузки на приводы наведения.

Такие нагрузки исключены в случае соединения газоотражателя с неподвижным основанием. Вместе с тем для углов стрельбы, изменяющихся в больших диапазонах, его габариты должны быть довольно значительными, что неприемлемо для подвижных ПУ, а также для горизонтального наведения при необходимости осуществления полного оборота вокруг вертикальной оси.

Следовательно, целесообразным является крепление газоотражателя к вращающейся части ЗПУ, что дает средние по величине его габариты и нагрузки на приводы наведения по сравнению с двумя рассмотренными вариантами.

На дальнейших этапах проектирования установки должны быть приняты определенные ЦФ и ограничения, что определяется техническим заданием.

В качестве примера на рис. 3.23 представлен газодинамический модуль САПР ЗПУ с точки зрения оптимального расположения газоотражателя. Анализ проводится на основе трех основных факторов, к которым относятся: интегральное силовое воздействие струи на газоотражатель для определения нагрузок на приводы наведения и металлоконструкцию ЗПУ, распределение давления по газоотражателю для расчета его на прочность, тепловое воздействие образующихся течений на ракету, поскольку ее нагрев строго ограничен. В качестве целевой функции могут быть приняты габариты ПУ, которые зависят от взаимного расположения ракеты и газоотражателя. Посредством варьирования характеристик l (расстояние от среза сопла ДУ до газоотражателя) и (угол встречи оси струи с его поверхностью) осуществляется параметрическая оптимизация, которой предшествует синтез структуры, то есть определение общей компоновочной схемы ЗПУ.

2. Выбор типа приводов ГН и ВН.

В настоящее время наибольшее распространение получили электромеханические и гидравлические приводы, что отмечено на рис. 1.1. После выбора конкретного из них можно перейти к проектированию узлов, составляющих привод; при этом сначала необходимо выбрать их тип, например, редуктора или насоса, а также элементы узлов и привода в целом.

расчет параметров

свободной струи

выбор компоновочной

схемы ПУ

задание параметров

ℓ и φ

расчет взаимодействия

струи с ГО

распределение

давления на ГО

нагрузки на

приводы ВН,ГН

зона теплового

воздействия

выполняются

условия

работоспособности?

диапазон

ℓ и φ

исчерпан? ℓ и φ

исчерпан?

конец

расчета

да

да

нет нет т

нет нет т

анализ

синтез

оптимизация

Рис. 3.23. Выбор оптимального расположения газоотражателя (ГО) ЗПУ

3. Выбор уравновешивающего механизма (УМ).

К их числу можно отнести, например, механический и пневмогидравлический УМ. При проектировании УМ решается функциональная целесообразность полного или частичного уравновешивания качающейся части с ракетой в нескольких точках наведения.

4. Выбор устройств, поддерживающих газоотражатель.

Конструкция их упругих элементов определяется временем посадки газоотражателя на грунт, которое должно быть больше времени ГН. Работа таких устройств зависит от параметров взаимодействия струй РД с газоотражателем.

5. Выбор металлоконструкции качающейся части ЗПУ.

Расчет ее напряженно-деформированного состояния должен учитывать не только квазистационарные нагрузки приводов наведения и УМ с учетом податливости их элементов, но и передвижение ракеты по направляющим устройствам. Их длина определяется скоростью схода ракеты. При этом должно обеспечиваться отсутствие соударения «опасных точек» ракеты и направляющей, а перегрузки не могут превышать допускаемые значения.

Представленный анализ показывает отдельные примеры структурного синтеза, процедуры которого можно классифицировать по ряду признаков.

1. По целям и содержанию: выбор принципиального или технического решения, синтез документации.

2. В зависимости от трудностей формализации задачи синтеза: структура объекта определена ранее выполненными работами; выбор структуры в конечном множестве вариантов; поиск решений, основанных на новых принципах и идеях.

3. По типу синтезируемых структур: линейно упорядоченное множество элементов; схемы, не отражающие геометрических форм элементов; определение геометрических форм деталей и / или расположение составных частей объекта в пространстве.

4. В зависимости от заложенных принципов организации используемых знаний: интеллектуальные системы процедурного типа и системы искусственного интеллекта с базами знаний.