光学仿真与飞机照明设计的方法

By | 2020年7月24日

  【择要】跟着光学仿真技巧以及增材制作技巧的鼎力倒退,正在平易近用飞机照明设计的流程中行使这两种技巧,能够辨别从设计端以及制作端进步研发效率,晋升设计程度。以某型号平易近机驾驶舱浏览灯的设计优化为案例阐明基于光学仿真以及3D打印技巧的照明设计办法。

  【要害词】平易近机照明;光学仿真;3D打印

  1布景简介

  较量争论机技巧的飞速倒退粗浅影响了人类社会的消费生存形式。航空工业作为传统的高研制老本以及长周期工业,也正在一直寻求翻新与打破,经过踊跃借用新技巧来改良设计办法进步研发效率,紧缩研制老本。传统的飞机照明设计是一直设计与验证的进程,经过后果的迭代一直迫近设计需要。经过借用以较量争论机技巧为根底的新技巧,可极年夜进步飞机照明零碎的设计效率,升高研发老本。

  2光学仿真技巧

  数字化技巧通过几十年的倒退,衍生出了不少的新技巧,此中仿真技巧的宽泛使用正成为数字化设计技巧倒退的次要趋向[1]。照明设计中光学仿真是以数字模子为根底,付与数模光学属性,较量争论相应的光度学参数。仿真的次要内容包罗:照度较量争论、亮度较量争论、平均度较量争论、人机视觉效用剖析等。罕用的光学仿真软件正在较量争论特点方面各有偏重,包罗SPEOS,Lighttools,Dialux,SPECTER等[2]。SPEOS正在人机视觉效用剖析等畛域走患上更前,该软件集成为了多种算法以进行光线追迹。同时,SPEOS软件内嵌正在CatiaV5中,设计者正在CATIA中建设的数字模子可正在SPEOS中间接付与光学属性用于仿真较量争论,消弭了格局转换惹起曲面形态畸变的危险。若付与数字模子以实在的资料属性,包罗颜色、材质、外表纹理,再付与其光学属性,则可进行人机视觉效用较量争论,失去迫近于实在视觉成果的仿真后果。

  3增材制作技巧

  跟着较量争论机技巧、主动化技巧、新资料技巧等多学科的迅速倒退以及交融,进步前辈制作技巧迎来了微小改革。被冠以诱发“第三次产业反动”的增材制作技巧恰是进步前辈制作技巧的典型代表。增材制作技巧又称“3D打印”,是一种以数字模子文件为根底,运用粉末状金属或塑料等可粘合资料,经过逐层打印的形式来结构物体的技巧。其进程是先经过较量争论机建设数字模子,再将建成的三维模子“分区”成逐层的截面,正在打印机中逐层打印。传统的办法制作出一个整机通常需求数小时到数天,依据整机尺寸和复杂水平而定,而用三维打印的技巧可将工夫缩短为数个小时,而且该技巧能够制作一些传统工艺无奈制作的整机,从而缩小整机的数目,进步零碎牢靠性,同时完成零碎的轻量化设计。

  4飞机照明设计办法探索

  4.1传统飞机照明设计办法

  基于需要治理的双V流程是飞机照明设计的根本要求[3],经过对零碎需要的逐层确认以及对零碎需要的验证来迷信化标准化治理设计流程。简化的飞机照明零碎设计流程如图1所示。传统的设计办法是实验驱动型,依托前期的实验进行验证,容易造成跨阶段的更改以及设计迭代。正在定下初步设计计划之后,设计者往往对计划可施行性的掌握没有强,正在灯光的安排、空间的光能量散布等成绩上都存正在很年夜没有确定性,设计后果较毛糙。

  4.2基于数字化技巧的照明设计办法

  现阶段国产平易近用飞机设计已完成了基于CATIA的数字化设计。零碎数字模子可间接转化为光学仿真以及3D打印的数据源,从设计端以及制作端极年夜进步研发效率。光学仿真可正在设计阶段仿真灯具传统的光度学参量,失去传统较量争论无奈准确失去的光散布,实现过来只能正在什物验证阶段进行的人机视觉效用剖析,进步了设计品质。仿真实现后具体设计患上出没有同计划的产物模子能够行使3D打印技巧疾速变为什物产物,正在物理样机上进行实验,完成设计与什物验证的并行。以某型号平易近用飞机的驾驶舱浏览灯优化流程为例,正在该优化项中,需求正在飞机的侧窗框装璜罩上新增一个浏览灯,并设计浏览灯的装置地位以及角度。4.2.1照明需要剖析航行员正在航行进程中需求浏览航图,指标照耀区为侧窗图表夹区域。可用的装置地位为指标区域上方窗框装璜罩处。初步剖析该区域模子,但是该区空间狭小,构造复杂,需正当设计装置地位以及角度以减小对原有构造的影响,如图2所示。4.2.2基于光学仿真的照明设计正在本案例中,行使SPEOS软件进行光学零碎仿真设计,其进程分为如下步骤:(1)零碎建模:调取侧窗框装璜罩区域和指标照耀区域的相干数模,同时将浏览灯的数模导入此中。(2)建设光源:SPEOS软件提供多种光源的建设形式,包罗面光源、泛光灯等。经过将浏览灯的配光文件付与其出光面,建设光源模子。该模子中包罗光通量、色温、配光等信息。(3)建设物体的光学属性:将仿真数模付与光学属性,分为物体的体属性以及外表属性,包罗物体的外表反射率、体透射率以及排汇等。(4)建设仿真探测器:能够依据没有同的仿真类型以及需要建设没有同的探测器,包罗光强探测器、照度探测器和亮度探测器等。本案例中,正在图表夹区域建设照度探测器,经光学仿真会正在建设的照度探测器内天生照度散布。(5)仿真后果剖析与设计修改:经过光线追迹进行仿真较量争论后,对探测器内的照度散布后果进行定性或定量的剖析。可定性的判别光照散布区域,也可定量的剖析特定点的照度值或许区域均匀照度等。当后果没有合乎设计指标时,修改浏览灯的装置地位以及角度,从新仿真。经仿真和地位修改,指标区域的照度散布如图3所示。正在确定灯具的装置地位以及角度之后,依据灯具装置接口以及流动包络,设计浏览灯的装置支架,并对原有构造进行修正以装置灯具。4.2.3支架制备与实验验证经过3D打印技巧制备浏览灯支架实验件。本案例应用产业级打印机Objet500Connex1,打印形式为放射可固化液态光敏树脂资料。设计软件以及打印机之间合作的规范文件格局是STL文件格局。STL文件应用三角面来近似模仿物体的外表,面越小其外表分辩率越高,打印进去的模子更精密。浏览灯支架实验件模子如图4所示。用打印进去的实验件支架进行装机以及实验,照明成果如图5所示。实验后果标明,浏览灯能较好的照耀侧窗图表夹区域,实验后果与仿真剖析后果相吻合。整个设计到验证的流程均基于数字化软件,防止了传统办法设计中的设计重复和注塑等形式制备支架的长周期,进步了设计效率。

  5结语

  行使同时基于CATIA的光学仿真以及增材制作技巧,能够辨别从设计端以及制作端进步平易近用飞机照明设计的研发效率及设计程度、缩小危险,缩短研发周期,升高研发老本。正当行使这些新技巧,或者会让中国的平易近航制作业正在这个传管辖域完成弯道超车,赶超制作业强国。

  参考文献:

  [1]郑党党.飞机设计中的数字样机技巧[J].航空制作技巧,2016.

  [2]刘洪涛.平易近用飞机照明数字仿真技巧钻研[J].技巧研发,2015.

  [3]SAEARP4754A.平易近用飞机与零碎研制指南[Z].

  作者:冯志祥 朱志胜 单元:上海飞机设计钻研院