结构专业推动标准化工作探讨

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1、蟹搦孽塑撬韵掭准能重倦瓣诞互庆伟(北京空天技术研究所，北京，100074)文摘：立足于推动高马赫数飞行器标准化．T--作开展，在简述飞行器结构设计及其特点的基础上．分析结构设计标准化建设中的主要环节与保障条件。关键词：飞行器结构；结构设计；设计标准化。女本文源于国家自然科学基金资助项目：晶粒尺寸层状分布NiAl板材设计制备与力学行为研究(51541110)。随着高马赫数飞行器的出现．飞行器设计制造技术发生了很大变化。身处严酷的气动热，力环境．使得飞行器设计不同于以往的飞机和导弹，它的产品定位、模型建立和生产关系都发生

2、了改变。大量新技术的应用。使得高马赫数飞行器的设计制造已经不能由一个单位来实现．需要结合全国多家先进设计制造单位来共同完成。面对更加复杂的设计制造体系，需要从系统层面对高马赫数飞行器研发进行规划和控制．综合考虑各部门协作关系．进行标准化的协作。标准化能够避免浪费、规范员工工作行为、提高工作效率。基于这一目的发起协商活动，将那些能够提高效率和质量的规定制定为标准。使参与的人员共同遵守这一商定的标准⋯。标准的适用范围可能会随着技术发展、通过实践后逐步扩大．但标准的实施并不是适用于所有领域的，如在某些需要创新的领域尤其是研

3、发领域．某些标准的实施会限制研发人员工作的积极性、主动性和灵活性．使其缺乏想像力与创新能力。对于未来飞行器的结构设计．需要面临创新性研究如何与高效的标准化工作相衔接和相互促进。1结构设计及其特点结构设计是指：依据输入条件和性能要求，《航天标科I'f匕}2016年第4期完成可实现的模型设计。结构设计是飞行器设计的关键环节．是连接总体方案设计与生产制备的枢纽。对于飞行器结构设计环节．其设计输入一般主要包含外形、载荷环境(力、热、振动等)和结构响应要求(重量、重心、变形、固有频率等)，具体的结构设计为满足上述所有要求的输出

4、，而设计过程为基本原理(力学、热学、动力学等)的合理运用。但是，在传统结构设计中，基本是先根据经验给出某结构型式和工艺方案．进而完成初步设计．然后对设计进行校核。如此迭代多轮完成结构设计．更多的是一种“经验式”被动结构设计方法。这种自下而上的校核式设计，往往导致结构的有效利用率低、减重空间小等问题．更是影响了高马赫数飞行器的设计与开发。随着低马赫数飞行器到高马赫数飞行器的快速发展，整个飞行器系统对于结构质量比的要求越来越高，对于结构设计提出了更高的要求。高马赫数飞行器结构设计重点关注两个方面：一是机身承载结构设计；二

5、是热防护系统的设计。针对机身承载结构．国内外飞行器结构设计人员正在探索研究一种新的基于飞行器总体层面的结构设计方法。其基本思想是：①基于三维结构拓扑优化等设计方法，通过计算机仿真优化技术完成基于载荷和指标要求的飞行器结构传力路线设计；②基于计算机仿真优化出来的飞行器结构密度分布，设计者可以直接选用传统的蒙皮、筋和梁等具体特征。或者研究开发出新的细化结构型式，例如点阵结构；③结合工艺开展具体的飞行器设计生产。高马赫数飞行器身处严酷的气动热／力载荷环境．目前主要采用冷结构+大面积外防热的结构型式来满足应用需求。由于热防护

6、结构面临着严酷的热／力学载荷条件．实现防护的技术难度大，技术探索性强。因此，需要大力开展热防护结构设计技术研究和标准化工作．明确热防护设计技术的相关规范。2结构设计标准化结构设计标准化不是简单认为的产品参数或者是技术标准化．其不仅包括技术标准化。而且还应当包括管理标准化和工作标准化．如一套管理体系或者一种操作方法的实施．都可以称为标准化。结构设计标准化工作方式如图1所示。结构设计流程为：接到任务后，开展方案设计与方案评审．然后提交任务进行生产加工。结构设计过程中伴随着有效地监督执行机制与支撑保障条件(设计指导文件、数

7、据库等)。匡亟回车黪圈{≥纂竺l流程卜廷夕图1结构设计标准化工作方式结构设计阶段是飞行器研制开发的重要阶段．对后续各环节工作影响重大。结构设计标准化主要作用：①实现产品的设计质量；②全面推进型号研制“三化”工作；③降低设计和制造成本、简化工作难度等。在结构设计过程中进行标一2一蕴趁董丝蕉建瘟蕉笾』篷蕴理：』廑凄准化建设有以下几方面工作内容。2．1结构设计参数化结构设计进行参数化建模．可以简化构件与构件之间的连接关系．并可为设计组合创造更多方式。在进行多方案对比和型号改进设计过程中。参数化建模可以提高工作效率．减少设计

8、成本．方便后续细化研究。结构设计参数化表现在：①尽量采用二维结构构件，采用二维构件组合成简单的三维构件；②设计统一的结构梁、横框模型：③选用形状相同、宽度相近的蒙皮构件，尽量设计统一的口盖大小；④合理设计接头构件可减少构件种类。2．2结构设计模块化标准化设计需要对飞行器结构进行模块化分类，大模块包括机身、机翼、舵面结构型式设计等：小模块包括加强