一种石英灯加热器参数化设计方法技术

本发明专利技术一种石英灯加热器参数化设计方法属于航空航天飞行器环境模拟技术领域。本发明专利技术用约束来表达石英灯加热器的形状特征，定义一组参数控制设计结果，通过改变参数来修改石英灯加热器设计模型，创建用于不同试验对象和试验条件的石英灯加热器设计方案。本方法为结构热强度专业的试验设计人员提供了一个快捷、实用的石英灯设计方法，实现了地面热试验快速设计，从而达到降低试验成本、提高试验质量和水平的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种石英灯加热器参数化设计方法，属于航空航天飞行器环境模拟

技术介绍
石英灯辐射加热器属于高加热率辐射加热设备，它通过对试验对象表面加热，考核防热结构的防热能力。石英灯的热惯性小，便于电控，非常适应气动加热的瞬变特点。同时体积小，功率大，可以拼装成不同尺寸和形状的加热器，在大面积上可以获得1200kW/m2～1300kW/m2大小的热流密度，它既适用于大型全尺寸结构热试验，也适用于小型热试验，对于外形及结构复杂的试验件，有较好的适应能力，可以满足大部分结构热强度试验要求。根据热结构试验的特点，分别有针对翼面类结构热强度试验的平板式加热器、针对头锥类结构热强度试验的圆锥形加热器、针对舱体类结构热强度试验的圆筒形加热器。对于不同的试验件以及加热条件，仅需要设计不同尺寸的加热器，而其基本结构形式相同。传统的人机交互式绘图一般需要用精确的尺寸值定义几何元素，输入的每一条线都必须有确定的位置，图形一旦建立，即使结构相似但若想改变图形大小尺寸，只能对图形进行编辑，在工程设计中，进行新产品设计不可避免地需要多次反复修改、优化；另一方面，同一种基本结构形式的零部件，其图形结构具有一定的相似性，往往只是尺寸的大小不同，其图形随尺寸参数的变化而变化。参数化设计方法采用约束表达几何模型的形状特征，定义一组参数来控制设计结果，通过调整参数修改设计模型。参数化设计能方便地创建在形状或功能上相似的设计方案。石英灯加热器参数化设计方法是通过对模型进行分析，确定模型设计参数，以CATIA软件为平台，采用VisualBasic语言，调用CATIA的部件设计(Partdesign)和产品装配(ProductAssembly)功能模块对CATIA进行二次开发，得到石英灯加热器参数化设计程序，通过界面输入参数直接快速生成加热器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能快速根据试验条件和试验件尺寸的快速石英灯加热器参数化设计方法。本专利技术的技术方案，包括以下步骤：步骤1：确定石英灯加热器设计参数；平板式石英灯加热器设计参数包括：(1)加热器外形轮廓参数：反射板与平板之间的距离H，灯管长度Llight；(2)灯管布置参数：灯管个数LightNum；锥形石英灯加热器设计参数包括：(1)加热器外形轮廓参数：锥形加热器上表面半径Rtop，下表面半径Rbottom，以及高度H；(2)灯管布置参数：灯管排数n，灯管长度Llight，以及半边锥形反射板上布置的灯管个数num；步骤2：根据确定的加热器设计参数类型定制VB界面；步骤3：编程创建平板式石英灯加热器和锥形石英灯加热器的自动化设计程序；采用VisualBasic，基于CATIAAutomation完成平板式石英灯加热器自动化设计程序的开发，采用并行方式依次建立平板加热器的支架、反射板、导流条以及灯管组件，通过CATIA二次开发调用ProductAssembly模块将其各个组件组合起来，组件之间通过约束装配，实现平板式石英灯加热器自动化设计；采用并行方式创建参考平面、孔以及参考基线，并定义为全局变量，然后建立反射板，用约束定义反射板的三个主要参数Rbottom、Rtop和H，确定了反射板的三个参数，其余部件的形位尺寸都与反射板的尺寸有关，在创建导流条、支架、焊接块、陶瓷帽时分别定义中间变量，将其表达为Rbottom、Rtop和H的函数，编写程序，创建各个组件的三维模型，通过约束连接各组件，实现锥形加热器自动化设计。对于平板式加热器，其控制参数应满足：H＞0，0＜Llight＜700，0＜LightNum＜22；对于锥形加热器，其控制参数应满足：Rtop＞0，Rbottom≥Rtop，H＞32；n＞0；Llight＞20；0＜Num＜2*R/45R=3+Rtop-61/cosα+(Rbottom-Rtop)*(D1+61*tanα)/(Rbottom-Rtop)2+H2]]>D1=(H2+(Rbottom-Rtop)2-n*(Llight-20)-(n-1)*50)/2]]>tanα＝(Rbottom-Rtop)/H以上参数满足：H2+(Rbottom-Rtop)2-n*(Llight-20)-(n-1)*50>32]]>在步骤3中，创建锥形石英灯加热器时，首先创建反射板，并定义反射板的三个参数Rbottom、Rtop和H，导流条的创建与这三个参数是相关的，在创建导流条时，需要定义中间变量L1，L2，将L1，L2分别表达为Rbottom、Rtop和H的函数(导流条与反射板位置关系)。通过推导，得出：L1＝(Rbottom+3)cosα-58L2=(H2+(Rbottom-Rtop)2-(Rbottom+3)sinα-(D-12)]]>而点1和点2的坐标分别为：点1：(x,-y)点2：(x-12cosα,-(y+12sinα))其中：x＝L2/cosα+(L1-L2tanα)×sinαy＝L1cosα-L2sinαα＝artan((Rbottom-Rtop)/H)同样的，在创建支架、焊接块、陶瓷帽时也需要定义中间变量，将中间变量分别表达为Rbottom、Rtop和H的函数，依次创建支架、焊接块、陶瓷帽等组件。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：利用石英灯参数化设计方法，通过编程形成程序直接根据需要设计石英灯加热器，为结构热强度专业的试验设计人员提供一个快捷、实用的设计方法，实现地面热试验快速设计，从而达到降低试验成本、提高试验质量和水平的目的，大大加速了试验设计分析进程。附图说明图1是本专利技术流程图；图2是本专利技术锥形加热器反射板剖面示意图；图3是本专利技术锥形加热器导流条与反射板位置关系图。具体实施方式本专利技术是用约束来表达石英灯加热器的形状特征，定义一组参数控制设计结果，通过改变参数来修改石英灯加热器设计模型，采用VisualBasic语言，调用CATIA的部件设计(Partdesign)和产品装配(ProductAssembly)功能模块对CATIA进行二次开发，创建用于不同试验对象和试验条件的石英灯加热器设计方案。下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。实施例针对各种不同尺寸的金属热防护系统开展热强度试验的需要，设计平板式石英灯加热器，利用本专利技术设计了用于该试验的平板式石英灯加热器，其具体步骤为：步骤1：确定平板式石英灯加热器设计参数，参数包括反射板与平板之间的距离H，灯管长度Llight，灯管个数LightNum。步骤2：根据步骤1中确定的设计参数定制界面。步骤3：采用VisualBasic语言，基于CATIAAutomation编写程序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英灯加热器参数化设计方法，石英灯加热器包括反射板，导流条以及灯管三大部分，包括以下步骤：步骤1：确定石英灯加热器设计参数平板式石英灯加热器设计参数包括：(1)加热器外形轮廓参数：反射板与平板之间的距离H，灯管长度Llight；(2)灯管布置参数：灯管个数LightNum；锥形石英灯加热器设计参数包括：(1)加热器外形轮廓参数：锥形加热器上表面半径Rtop，下表面半径Rbottom，以及高度H；(2)灯管布置参数：灯管排数n，灯管长度Llight，以及半边锥形反射板上布置的灯管个数num；步骤2：根据确定的加热器设计参数类型定制VB界面；步骤3：编程创建平板式石英灯加热器和锥形石英灯加热器的自动化设计程序采用Visual Basic，基于CATIA Automation完成平板式石英灯加热器自动化设计程序的开发，采用并行方式依次建立平板加热器的支架、反射板、导流条以及灯管组件，通过CATIA二次开发调用Product Assembly模块将其各个组件组合起来，组件之间通过约束装配，实现平板式石英灯加热器自动化设计；采用并行方式创建参考平面、孔以及参考基线，并定义为全局变量，然后建立反射板，用约束定义反射板的三个主要参数Rbottom、Rtop和H，确定了反射板的三个参数，其余部件的形位尺寸都与反射板的尺寸有关，在创建导流条、支架、焊接块、陶瓷帽时分别定义中间变量，将其表达为Rbottom、Rtop和H的函数，编写程序，创建各个组件的三维模型，通过约束连接各组件，实现锥形加热器自动化设计。...

【技术特征摘要】
1.一种石英灯加热器参数化设计方法，石英灯加热器包括反射板，导流条
以及灯管三大部分，包括以下步骤：
步骤1：确定石英灯加热器设计参数
平板式石英灯加热器设计参数包括：
(1)加热器外形轮廓参数：反射板与平板之间的距离H，灯管长度Llight；
(2)灯管布置参数：灯管个数LightNum；
锥形石英灯加热器设计参数包括：
(1)加热器外形轮廓参数：锥形加热器上表面半径Rtop，下表面半径
Rbottom，以及高度H；
(2)灯管布置参数：灯管排数n，灯管长度Llight，以及半边锥形反射板上
布置的灯管个数num；
步骤2：根据确定的加热器设计参数类型定制VB界面；
步骤3：编程创建平板式石英灯加热器和锥形石英灯加热器的自动化设计程
序
采用VisualBasic，基于CATIAAutomation完成平板式石英灯加热器自动化设
计程序的开发，采用并行方式依次建立平板加热器的支架、反射板、导流条以
及灯管组件，通过CATIA二次开发调用ProductAssembly模块将其各个组件组合
起来，组件之间通过约束装配，实现平板式石英灯加热器自动化设计；
采用并行方式创建参考平面、孔以及参考基线，并定义为全局变量，然后
建立反射板，用约束定义反射板的三个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婕，蒋军亮，任青梅，杨志斌，秦强，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61