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航天科技集团八院805所运载火箭总体相关专业多学科协同仿真计算技术研究和支撑平台

       航天科技集团八院805所近期完成了运载火箭总体相关专业多学科协同仿真计算技术研究和支撑平台建设。该平台目前已经正式应用于长征二号丁、长征四号乙和长征四号丙运载火箭的高密度发射仿真计算工作。

       此举显著缓解了上述型号在高密度发射中面临的大量计算分析工作压力。投入使用后,将传统方法的计算分析周期压缩了50%以上,并降低了人为低级错误的发生率,从而进一步保证了设计质量。

快速协同设计仿真

       随着我国航天事业快速发展,运载火箭的发射频次大幅增加,制约效率与发展的瓶颈逐步暴露。其中,尤为明显的是不同专业、学科之间的协同计算分析手段发展较慢,运载总体设计各个专业之间的信息处理、传递和共享等还主要依靠人工完成。

       多学科协同仿真计算平台的基本功能包括仿真任务管理、仿真流程管理、仿真模板封装与管理、仿真数据管理、平台系统管理等。目前,11个专业在该仿真平台上实现了封装和协同。

       多学科协同计算仿真的工作原理是:对各个学科的仿真计算模型进行封装;将有数据传递关系的专业仿真计算模块,按照多学科任务的工作流程进行集成和关联。

       通过仿真平台软件的管理和驱动,一方面供用户进行对应专业数据的归集化管理和调整,另一方面在有数据交互的专业模型之间建立传递映射关系,在数据传递映射的同时自动实现数据格式的匹配转换。下游专业模型仿真计算无论使用何种计算软件或工具,都可直接调取应用,无需二次输入。

      此外,在工作流程的各计算环节,均可快速生成计算分析报告,对于提高仿真计算效率、降低出错率作用明显。

全数字仿真验证

      运载火箭多学科协同仿真计算平台建设工作覆盖了长征二号丁、长征四号乙和长征四号丙运载火箭。

      2013~2014年,设计师和开发方团队对长征二号丁、长征四号乙和长征四号丙运载火箭11个专业模板进行了细致的测试,采用已经发射的火箭型号数据进行多状态测试对比,工程精度达到技术要求,而效率与传统方式相比则提高50%以上,为今年高密度发射应用打下重要基础。

       在探月工程三期,对接与样品转移机构的研制领域也成功应用多学科协同仿真计算技术,建成了探月工程三期对接与样品转移机构全数字仿真与验证平台,并分别从机构动力学、机电控制一体化、结构动力学(强度、模态、振动响应、非线性碰撞)、热分析、机构优化、可靠性分析、试验参数辨识等专业领域构建了12个多学科仿真计算模板,实现了一键式操作。

       该系统交给设计师应用,可实现从设计到仿真验证的快速小闭环。例如,设计师在下班时把想验证的工况输入系统运行,第二天早上就可看到仿真计算的结果,比传统模式的效率提升了很多。

       目前,国内唯一的探月工程三期对接机构与样品转移性能试验台已在805 所安装使用。全数字仿真与验证平台对该物理性能试验台的应用指导、相关试验工况的仿真预示、试验结果的分析对比以及替代有关工况的物理试验等都发挥着关键、重要的作用。

       展望未来,多学科协同计算与仿真分析技术将为航天型号“快、好、省”的研制打下重要基础,同时对于技术融合、创新提效也具有重要的推动作用。(李少阳 高洋)

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