CN110688706B - 一种航天器软管的设计方法、系统及介质 - Google Patents
一种航天器软管的设计方法、系统及介质 Download PDFInfo
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Abstract
一种航天器软管的设计方法、系统及介质，属于空间技术领域。本发明中的航天器软管设计方法将设计步骤固化，将设计约束分级，可按约束重要级别设计出满足约束条件的软管。同时基于协同设计平台，设备设计师和软管设计师可以并行同时进行模型操作，软管设计师也可及时获取设备的结构更改及布局位置更改，如设备更改导致软管模型无法满足其余设计约束，软管设计师可与设备设计师协调沟通，及时协同更改，提高设计效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种航天器软管的设计方法、系统及介质，属于空间技术领域。
背景技术
空间站环控生保系统软管产品具有使用工况复杂、材料范围广、工质种类多、减重要求高、安装空间狭小、使用寿命长等特点。软管使用范围涉及环控生保系统中各个子系统，如供气调压子系统、温湿度控制子系统、环境监测与控制子系统、大小便收集子系统、水管理子系统等。空间站环控生保系统软管材料涉及金属波纹管、聚四氟乙烯软管、超柔聚四氟乙烯软管、聚氨酯软管等；软管工质涉及空气、微量气体、水、乙二醇、大小便、尿预处理剂等。由于载人航天器产品的特殊性，以及空间站环控生保系统软管的具体性能指标和工况要求，软管产品设计的主要约束条件有以下几个方面：重量、寿命、工作介质、漏率、安装空间等，各约束条件之间不是绝对独立关系，有些条件之间是耦合关系。
现有航天器软管的设计方式是软管设计师在设备设计师和总体设计师下游，软管产品的性能指标和上游设计师的输入信息都是软管设计师设计软管约束条件，上游技术状态更改频繁直接导致软管设计和研制工作返工。甚至可能出现上游技术状态更改方案与软管性能指标相矛盾的情况，导致双方的设计方案重新调整，导致设计工作的反复。现有设计方式存在以下几种缺点：
1、现有航天器软管的设计方法中是通过对设备实际安装位置进行测算来确定软管长度，此方法确定的软管长度误差较大，易导致后续的设计方案更改甚至产品报废。
2、在软管的研制过程中，设备设计师的设计方案更改或者设备在舱内的布局发生调整，都会对软管的技术状态产生影响。在现有的软管设计方法中，软管设计师对设备设计方案更改导致的软管技术状态更改存在反馈延迟，即软管设计师不能及时确定软管设计方案的调整方案，易导致软管生产过程出现返工，影响软管的研制周期。
3、现有的软管设计方法，设计师同时面对全部设计约束，当某些约束条件存在冲突关系时，需反复调整设计方案，不能快速确定最优设计方案。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种航天器软管的设计方法，可实现多约束条件的航天器软管高效设计。
本发明的技术解决方案是：一种航天器软管的设计方法，包括如下步骤：
获取航天器软管设计任务中的软管性能指标要求；
将软管性能指标要求分类为不同层级顺序的设计约束；所述设计约束包括校核设计约束；
按所述设计约束的层级顺序，采取求交集的方法逐层选取符合软管性能指标要求的软管特征，确定第一设计方案；
获取航天器软管设计任务中的软管工程原理图以及软管所在舱体模型，根据所述第一设计方案在所述软管所在舱体模型中对软管进行三维布局，得到软管的三维布局模型；
使用校核设计约束校核软管的三维布局模型；若校核结果满足软管性能指标要求，则继续下一步；若不满足，则根据软管性能指标要求调整三维布局模型；
依据三维布局模型确定软管长度及接口结构形式；
输出软管图样及研制技术要求，完成航天器软管设计。
进一步地，所述软管性能指标要求包括：漏率要求、工作介质、工作压力、使用寿命、弯曲半径、是否处于易磨损环境、管材线密度和工效学要求。
进一步地，所述不同层级顺序的设计约束包括I级约束、II级约束和III级约束；所述I级约束用于确定软管材料和软管接头材料；所述II级约束用于确认管材和管体结构形式；所述III级约束用于校核I级约束和II级约束确认的软管特征，并确认软管性能指标要求中剩余特征。
进一步地，所述I级约束包括：软管漏率要求和工作介质；所述II级约束包括：管径要求、工作压力、使用寿命、弯曲半径和是否处于易磨损环境；所述III级约束包括：管材线密度和工效学要求。
进一步地，所述在所述软管所在舱体模型中对软管进行三维布局的方法为：
依据软管工程原理图，定位软管两端连接的设备所在舱内的位置；
根据软管两端设备所对应的舱段模型，在舱段模型内完成软管的三维布局，得到软管的三维布局模型。
进一步地，所述校核设计约束包括弯曲半径要求和工效学要求。
进一步地，所述依据三维布局模型确定软管长度及接口结构形式的方法为：
将三维布局模型完成检入，获取软管总长及各段长度；
根据软管两端设备接口形式及舱内模型的软管布局，确定接头的结构形式。
一种航天器软管的设计系统，包括
第一模块，获取航天器软管设计任务中的软管性能指标要求；
第二模块，将软管性能指标要求分类为不同层级顺序的设计约束；所述设计约束包括校核设计约束；
第三模块，按所述设计约束的层级顺序，采取求交集的方法逐层选取符合软管性能指标要求的软管特征，确定第一设计方案；
第四模块，获取航天器软管设计任务中的软管工程原理图以及软管所在舱体模型，根据所述第一设计方案在所述软管所在舱体模型中对软管进行三维布局，得到软管的三维布局模型；
第五模块，使用校核设计约束校核软管的三维布局模型；若校核结果满足软管性能指标要求，则继续下一步；若不满足，则根据软管性能指标要求调整三维布局模型；
第六模块，依据三维布局模型确定软管长度及接口结构形式；
第七模块，输出软管图样及研制技术要求，完成航天器软管设计。
进一步地，所述软管性能指标要求包括：漏率要求、工作介质、工作压力、使用寿命、弯曲半径、是否处于易磨损环境、管材线密度和工效学要求；
所述不同层级顺序的设计约束包括I级约束、II级约束和III级约束；所述I级约束用于确定软管材料和软管接头材料；所述II级约束用于确认管材和管体结构形式；所述III级约束用于校核I级约束和II级约束确认的软管特征，并确认软管性能指标要求中剩余特征；
所述I级约束包括：软管漏率要求和工作介质；所述II级约束包括：管径要求、工作压力、使用寿命、弯曲半径和是否处于易磨损环境；所述III级约束包括：管材线密度和工效学要求；
所述在所述软管所在舱体模型中对软管进行三维布局的方法为：
依据软管工程原理图，定位软管两端连接的设备所在舱内的位置；
根据软管两端设备所对应的舱段模型，在舱段模型内完成软管的三维布局，得到软管的三维布局模型；
所述校核设计约束包括弯曲半径要求和工效学要求；
所述依据三维布局模型确定软管长度及接口结构形式的方法为：
将三维布局模型完成检入，获取软管总长及各段长度；
根据软管两端设备接口形式及舱内模型的软管布局，确定接头的结构形式。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时，实现所述航天器软管的设计方法的步骤。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、本发明中的航天器软管设计方法是在软管所安装的真实的舱段模型中进行三维布局，软管三维模型的走向与未来软管产品的安装固定位置一致，软管三维模型可以精确的确定软管的设计长度，可直接减少因为软管长度不合适导致的返工。
2、本发明中的航天器软管设计方法基于协同设计平台，设备设计师和软管设计师可以并行同时进行模型操作，软管设计师也可及时获取设备的结构更改及布局位置更改，如设备更改导致软管模型无法满足其余设计约束，软管设计师可与设备设计师协调沟通，及时协同更改，提高设计效率。
3、本发明中的航天器软管设计方法将设计步骤固化，将设计约束分级，可按约束重要级别设计出满足约束条件的软管。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种航天器软管的设计方法，包括如下步骤：
1、获取航天器软管设计任务中的软管性能指标要求。
从软管设计任务中提取出以下要求：漏率要求、工作介质、使用工况、工作压力、使用寿命、弯曲半径、是否处于易磨损环境、管材线密度和工效学要求。
2、将软管性能指标要求分类为不同层级顺序的设计约束；所述设计约束包括校核设计约束。
2.1将软管漏率要求和工作介质标记为I级约束；
2.2将管径要求、工作压力、使用寿命、弯曲半径、是否处于易磨损环境标记为II级约束；
2.3将管材线密度和工效学要求标记为III级约束。
3、按所述设计约束的层级顺序，采取求交集的方法逐层选取符合软管性能指标要求的软管特征，确定第一设计方案。
3.1I级约束用来定位软管材料及管接头材料，如漏率要求的漏率阈值为1×10- 5Pa·m3/s，若软管性能指标要求中要求的漏率不大于漏率阈值，则需选取金属软管；
3.2II级约束用来进一步确认管材以及管体结构形式；
3.3III级约束用来校核以上确认特征，并完善设计细节。
4、获取航天器软管设计任务中的软管工程原理图以及软管所在舱体模型，根据所述第一设计方案在所述软管所在舱体模型中对软管进行三维布局，得到软管的三维布局模型。
4.1依据软管工程原理图，定位软管两端连接的设备所在舱内的位置；
4.2在Intralink协同设计平台中，打开两端设备所对应的舱段模型，在舱段模型内完成软管的三维布局设计。
5、使用校核设计约束校核软管的三维布局模型；若校核结果满足软管性能指标要求，则继续下一步；若不满足，则根据软管性能指标要求调整三维布局模型。
5.1软管模型须满足3.2中的弯曲半径要求；
5.2软管模型须满足3.3中的工效学要求；
6、依据三维布局模型确定软管长度及接口结构形式。
6.1将软管三维模型完成检入，获取软管总长；
6.2根据设备接口形式及舱内模型空间的软管布局，确定接头的结构。
7、输出软管图样及研制技术要求，完成航天器软管设计。
本发明的一个具体实施例
以空间站环控生保分系统某子系统中的一种软管为例做详细说明。
1、获取航天器软管设计任务中的软管性能指标要求：
(1)漏率要求：使用环境温度下，在工作压力下，漏率不大于1×10-4Pa·m3/s；
(2)工作介质：尿预处理剂、含预处理剂尿液、尿预处理剂和水混合物。
(3)管径要求：内径DN4。
(4)工作压力：50kPa。
(5)使用寿命：18年。
(6)弯曲半径：不大于51mm。
(7)安装环境：易磨损。
(8)线密度：软管单位(m)质量要求不大于150g
(9)工效学要求：倒角和边缘要求如下：
a)厚度不小于6.0mm的外露边，应以最小半径3.0mm圆角处理；
b)厚度在3.0mm～6.0mm的外露边，应以半径不小于1.5mm圆角处理；
c)厚度在0.5mm～3.0mm的外露边，应以其半径成圆角处理(满半径)；
d)厚度小于0.5mm的薄板应卷边。
2、将各个性能指标分类为不同层级的设计约束。
2.1将软管漏率要求和工作介质标记为I级约束；
2.2将管径要求、工作压力、使用寿命、弯曲半径、是否处于易磨损环境标记为II级约束；
2.3将管材线密度和工效学要求标记为III级约束。
3、按所述约束的层级顺序，采取求交集的方式缩小设计范围，逐步选取符合软管性能指标要求的软管特征，确定基本设计方案。
3.1I级约束用来定位软管材料及管接头材料，例子中软管漏率要求为1×10-4Pa·m3/s，软管性能指标要求中要求的漏率大于漏率阈值，可选用非金属软管；由于工作介质中包含尿预处理剂，而尿预处理剂的主要成分是硫酸，需要选择具有较强的抗强酸、抗腐蚀性能的管材，可选聚四氟乙烯软管；
3.2II级约束中，要求长寿命、质量轻、弯曲半径小，聚四氟乙烯可满足全部II级约束；为防止外表面磕碰与划伤影响其寿命等隐患，管体采用增加有不锈钢丝增强层的结构。
4、采用协同设计模式，在舱体模型中对软管进行三维布局；
4.1依据软管工程原理图，定位软管两端连接的设备所在舱内的位置；
4.2在协同设计平台中，打开两端设备所对应的舱段模型，在舱段模型内，完成软管的三维布局设计。确保软管与其他设备均不干涉。
5、用低层级约束校核软管的三维布局模型；
5.1软管模型满足3.2中的弯曲半径不大于51mm的要求；
5.2软管模型满足3.3中的工效学圆角要求；
6、依据三维布局模型，确定软管长度及接口结构形式。
6.1将软管三维模型完成检入，获取软管总长及各段长度；
6.2根据设备接口形式及舱内模型空间的软管布局，确定软管两端接口结构形式为柱塞接头，其中一端为直头接头，另一端由于空间受限采用弯头接头；
7、输出软管图样及研制技术要求。
7.1根据协同设计所得的三维模型输出零件及组件投产图纸；
7.2编制软管研制技术要求。
完成软管设计。
本发明中的航天器软管设计方法是在软管所安装的真实的舱段模型中进行三维布局，软管三维模型的走向与未来软管产品的安装固定位置一致，软管三维模型可以精确的确定软管的设计长度，可直接减少因为软管长度不合适导致的返工。基于协同设计平台，设备设计师和软管设计师可以并行同时进行模型操作，软管设计师也可及时获取设备的结构更改及布局位置更改，如设备更改导致软管模型无法满足其余设计约束，软管设计师可与设备设计师协调沟通，及时协同更改，提高了设计效率。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种航天器软管的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取航天器软管设计任务中的软管性能指标要求；
将软管性能指标要求分类为不同层级顺序的设计约束；所述设计约束包括校核设计约束；
按所述设计约束的层级顺序，采取求交集的方法逐层选取符合软管性能指标要求的软管特征，确定第一设计方案；
获取航天器软管设计任务中的软管工程原理图以及软管所在舱体模型，根据所述第一设计方案在所述软管所在舱体模型中对软管进行三维布局，得到软管的三维布局模型；
使用校核设计约束校核软管的三维布局模型；若校核结果满足软管性能指标要求，则继续下一步；若不满足，则根据软管性能指标要求调整三维布局模型；
依据三维布局模型确定软管长度及接口结构形式；
输出软管图样及研制技术要求，完成航天器软管设计。
2.根据权利要求1所述的一种航天器软管的设计方法，其特征在于，所述软管性能指标要求包括：漏率要求、工作介质、工作压力、使用寿命、弯曲半径、是否处于易磨损环境、管材线密度和工效学要求。
3.根据权利要求1所述的一种航天器软管的设计方法，其特征在于，所述不同层级顺序的设计约束包括I级约束、II级约束和III级约束；所述I级约束用于确定软管材料和软管接头材料；所述II级约束用于确认管材和管体结构形式；所述III级约束用于校核I级约束和II级约束确认的软管特征，并确认软管性能指标要求中剩余特征。
4.根据权利要求3所述的一种航天器软管的设计方法，其特征在于，所述I级约束包括：软管漏率要求和工作介质；所述II级约束包括：管径要求、工作压力、使用寿命、弯曲半径和是否处于易磨损环境；所述III级约束包括：管材线密度和工效学要求。
5.根据权利要求1所述的一种航天器软管的设计方法，其特征在于，所述在所述软管所在舱体模型中对软管进行三维布局的方法为：
依据软管工程原理图，定位软管两端连接的设备所在舱内的位置；
根据软管两端设备所对应的舱段模型，在舱段模型内完成软管的三维布局，得到软管的三维布局模型。
6.根据权利要求1所述的一种航天器软管的设计方法，其特征在于：所述校核设计约束包括弯曲半径要求和工效学要求。
7.根据权利要求1所述的一种航天器软管的设计方法，其特征在于，所述依据三维布局模型确定软管长度及接口结构形式的方法为：
将三维布局模型完成检入，获取软管总长及各段长度；
根据软管两端设备接口形式及舱内模型的软管布局，确定接头的结构形式。
8.一种航天器软管的设计系统，其特征在于：包括
第一模块，获取航天器软管设计任务中的软管性能指标要求；
第二模块，将软管性能指标要求分类为不同层级顺序的设计约束；所述设计约束包括校核设计约束；
第三模块，按所述设计约束的层级顺序，采取求交集的方法逐层选取符合软管性能指标要求的软管特征，确定第一设计方案；
第四模块，获取航天器软管设计任务中的软管工程原理图以及软管所在舱体模型，根据所述第一设计方案在所述软管所在舱体模型中对软管进行三维布局，得到软管的三维布局模型；
第五模块，使用校核设计约束校核软管的三维布局模型；若校核结果满足软管性能指标要求，则继续下一步；若不满足，则根据软管性能指标要求调整三维布局模型；
第六模块，依据三维布局模型确定软管长度及接口结构形式；
第七模块，输出软管图样及研制技术要求，完成航天器软管设计。
9.根据权利要求8所述的一种航天器软管的设计系统，其特征在于：所述软管性能指标要求包括：漏率要求、工作介质、工作压力、使用寿命、弯曲半径、是否处于易磨损环境、管材线密度和工效学要求；
所述不同层级顺序的设计约束包括I级约束、II级约束和III级约束；所述I级约束用于确定软管材料和软管接头材料；所述II级约束用于确认管材和管体结构形式；所述III级约束用于校核I级约束和II级约束确认的软管特征，并确认软管性能指标要求中剩余特征；
所述I级约束包括：软管漏率要求和工作介质；所述II级约束包括：管径要求、工作压力、使用寿命、弯曲半径和是否处于易磨损环境；所述III级约束包括：管材线密度和工效学要求；
所述在所述软管所在舱体模型中对软管进行三维布局的方法为：
依据软管工程原理图，定位软管两端连接的设备所在舱内的位置；
根据软管两端设备所对应的舱段模型，在舱段模型内完成软管的三维布局，得到软管的三维布局模型；
所述校核设计约束包括弯曲半径要求和工效学要求；
所述依据三维布局模型确定软管长度及接口结构形式的方法为：
将三维布局模型完成检入，获取软管总长及各段长度；
根据软管两端设备接口形式及舱内模型的软管布局，确定接头的结构形式。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1～7之一所述方法的步骤。
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