中国航天科技集团公司某研究院所,是国家重点国防科研单位和国防科技工业重点统筹建设单位,在固体火箭发动机总体设计、喷管研制和检测、大型复合材料壳体,以及无人机机载制导武器等技术领域处于全国领先地位。建院半个多世纪以来,为我国宇航、战略、战术型号研制成功百余种固体火箭发动机,千余项科研成果获省部级以上奖励,研制的“神舟号”系列载人飞船逃逸发动机圆满完成飞行使命,实现了中华民族千年飞天梦。
客户的公差设计挑战
该院所在固体火箭发动机及航天器结构设计中,涉及众多高精度、高可靠性的核心部件,如喷管、复合材料壳体、制导武器等,这些关键组件的公差设计直接影响系统性能和安全性。然而,传统的公差分析方法依赖实验测量,过程复杂、周期长,优化调整困难。例如,旋转部件的角度误差、轴孔装配间隙、高精度连接结构的累积公差控制等问题,都会影响整体装配精度和结构稳定性。因此,该院所亟需高效精准的公差分析工具,以优化尺寸链计算,提升装配效率,确保航天产品的高质量交付。
客户的诉求和3DCC解决方案
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喷管同轴度及间隙计算——固体火箭发动机喷管在极端高温、高速气流环境下运行,同轴度和间隙精度直接决定推力方向与燃烧效率。传统测量方式难以精准捕捉装配误差,导致反复返工,影响研制进度。
解决思路:3DCC 结合尺寸链计算和装配公差分析,构建喷管与壳体的精确几何模型,动态仿真不同公差组合对喷管定位精度的影响。基于误差传递分析优化关键尺寸,确保推力方向可控,减少试验调整,提高研制效率和一次装配合格率。
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复合材料壳体拼接间隙控制——复合材料壳体因制造公差及装配误差,在拼接过程中容易产生间隙不均匀现象,影响结构强度与气密性。传统方法依赖后期装配调整,难以在设计阶段有效优化。
解决思路:利用3DCC建立拼接装配尺寸链,分析不同公差对间隙分布的影响,提前优化装配基准和关键尺寸公差,确保拼接间隙在可控范围内。由此,提高复合材料壳体拼接精度,优化制造与装配公差控制,减少后续调整工作量,提升产品质量和结构稳定性。
3
导弹弹翼旋转角度计算——弹翼旋转精度直接影响导弹的飞行稳定性与操控性,传统校核方法依赖实验测量,过程复杂、周期长,并且优化调整繁琐,难以快速定位关键尺寸偏差对旋转精度的影响。
解决思路:3DCC 结合装配约束建模和误差传递分析,精准模拟弹翼姿态的几何关系,计算旋转角度误差来源。基于贡献率分析定位影响旋转精度的公差参数,提供优化建议。通过虚拟仿真预判关键尺寸对旋转角度的影响,实现从设计阶段优化弹翼姿态控制,减少物理试验次数,缩短研制周期。
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减震支架装配角度计算——多孔轴装配结构(例如法兰连接)因孔轴间隙及端面高低差导致零件产生空间旋转误差,影响减震支架的整体装配精度,使装配过程需要反复修调零件,增加时间成本。
解决思路:3DCC 采用多孔轴装配误差分析功能,建立装配角度误差模型,分析关键尺寸公差对支架定位的影响,并通过误差传递系数优化公差分配。此方法能有效减少装配偏差,提升一次装配成功率,减少试装与调整成本,提高装配稳定性和效率。
3DCC的应用价值
1.支撑航天高精度研发:通过精准的公差分析,优化关键部件(如弹翼、喷管等)的尺寸链设计,减少装配过程中的误差累积,提高整体结构的精度和可靠性。
2.缩短研制周期:采用3DCC进行虚拟仿真分析,减少对物理试验的依赖,在设计阶段发现并优化公差问题,加快产品验证和迭代速度,提高研发效率。
3.降低试制与生产成本: 通过智能公差优化,减少试制过程中的调整与返工次数,优化装配方案,降低整体制造成本,减少因公差问题导致的材料浪费。
4.提高一致性和稳定性:通过误差传递分析,支撑装配公差分配,确保批量生产的一致性,减少装配过程中的人为调整,从而提高生产过程的稳定性和可控性。