Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Характеристики объекта должны дать полную картинуего возможностей функционирования в рамках какойлибо системы,возможностей стыковки с другимиэлементами, необходимых ресурсов изатрат на изготовление и т.п. Подобное описание позволит значительносократить число ошибочных вариантов уже на стадии синтеза. Анализубудут подвергаться варианты, прошедшие отбор на стадии синтеза.Блочноиерархический подход кпредставлению о двигателе в процессе его проектирования обусловливает иерархическую структуруего математических моделей.При проектировании системыматематических моделей к ним444предъявляют такие требования, какточность, гибкость, информационная и структурная совместимость,обеспечивающие возможность использования их при решении задачна различных уровнях и в любыхсочетаниях.Каждому уровню проектирования соответствует совокупность математических моделей определенной сложности, которая увеличивается с переходом на низшие уровнии подуровни проектирования.
Разнообразие задач, решаемых припроектировании, способствует тому, что на разных уровнях проектирования одному и тому же объектусоответствует несколько математических моделей, отличающихся другот друга сложностью, степенью детализации процессов и, естественно, точностью воспроизведения основных свойств объекта.Для создания математическихмоделей используют феноменологический и статистический методы.Первый метод состоит в изучениии описании физических процессов,протекающих в двигателе, системами дифференциальных, алгебраических уравнений. Статистическийметод заключается в представлениидвигателя или его систем в виде"черного ящика" и установленииформальных связей между входными и выходными параметрами, определяемыми в основном экспериментально.В соответствии с иерархией математические модели могут классифицироваться как по описываемомуобъекту, так и по степени детализации его описания или функционирования.
К степени детализации относят, как правило, размерностьмодели, т.е. уравнений, описывающих объект или его поведение. Внастоящее время широко используются модели всех размерностей – от0 до 4. Последние описывают нестационарное поведение конструкциив трехмерном пространстве.В связи с развитием вычислительной техники и созданием базданных по уже имеющимся изделиям все бо' льшее внимание уделяетсяразвитию сложных моделей, позволяющих описывать поведение объемного объекта с максимально детализованным описанием геометрии врежиме реального времени.Важным аспектом проектирования сложных технических системявляется необходимость оптимизации конструкции (как отдельныхэлементов, так и изделия в целом).Когда задача оптимизации сводится к улучшению характеристик поодномудвум параметрам, как, например, при разработке элементовкорпуса судна, то решение такойзадачи не вызывает затруднений. Вслучае же проектирования такогосложного объекта, как ДВС, когдаодновременно требуется оптимизация по экономичности, мощности,срокам службы, прочности, массогабаритным показателям и другимпараметрам, задача полной оптимизации неразрешима.
Можно было бы идти по пути оптимизацииотдельных систем двигателя, еслибы не то обстоятельство, когда требования к различным системам зачастую противоречат одно другому.В результате при оптимизацииконструкции ДВС приходится выбирать наиболее важный параметри решать задачу при многих ограничениях по другим параметрам.При использовании САПР ДВСследует исходить из того, что ЭВМна любой стадии своего развитияостанется лишь инструментом, более или менее совершенным, выполняющим только те функции,которые заложены в него разработчиком на стадии генерации.445Началом любого процесса конструирования является выработка технического задания на создаваемуюсистему. Основная цель этого этапа– определение требований, предъявляемых к конструкции двигателя потребителем.
Основные параметры,закладываемые в ТЗ:• эффективная мощность и вращающий момент двигателя (должныполностью удовлетворять требованиям потребителя; в конструкциюдолжна быть заложена возможностьфорсирования двигателя и обеспечения его работоспособности прикратковременных перегрузках);• эксплуатационный диапазончастот вращения коленчатого вала(должен быть согласован с потребителем);• масса и габаритные размерыдвигателя;• экономичность по топливу исмазочному материалу;• срок службы, время до первойпереборки;• токсические характеристики отработавших газов;• уровень акустического шумадвигателя.Выбор параметров, в значительной мере определяющих тип, компоновочную схему, тактность двигателя, производит конструктор,поэтому этот этап автоматизациине подлежит.
Однако на болеенизких уровнях проектирования,когда разрабатываются и уточняются ТЗ на отдельные элементы исистемы, предъявляемые к нимтребования являются следствиемпредварительного анализа конструкции на более высоком уровне.Поскольку этот анализ может выполняться и с помощью ЭВМ (всистеме САПР – только таким образом), то создаются определенные предпосылки для автоматизации и нулевого этапа.Следующий этап – выбор прототипа двигателя, наиболее соответствующего требованиям, сформулированным в ТЗ. Чаще всего это требования повышенной экономичности, мощности и ресурса по сравнению с существующими вариантамиконструкций, кроме того, в последнее время выдвигается требованиемноготопливности двигателя. В таких случаях, как правило, не возникает необходимости в принципиально новых разработках основныхузлов и деталей, и прототип выбирают из множества вариантов приналичии ряда ограничений (по габаритным размерам, массе и др.).Поэтому данную задачу можно отнести к задаче параметрическогосинтеза третьего уровня сложности.В то же время в ряде случаев может возникнуть потребность в поиске принципиально новых или отличающихся существенной новизнойрешений.
При разработке новых узлов для двигателей адиабатного типа не всегда можно воспользоватьсяопытом конструирования ДВСобычного вида. Так, в ДВС адиабатного типа отсутствует охлаждениетеплонапряженных деталей ЦПГ инеобходимо создание принципиально новых конструкций теплоизолированных поршня и крышкицилиндра.
Кроме того, существенный рост температуры поршневыхколец вынуждает отказаться от обычной смазочной системы и предусмотреть возможности реализациибессмазочного уплотнения ЦПГ.Подобные задачи относятся к пятому уровню сложности и автоматизации не подлежат.В зависимости от класса сложности задач, решаемых на рассматриваемом этапе разработки конструкции ДВС, определяют возможнуюстепень автоматизации данногопроцесса. Задачи синтеза третьего446класса сложности достаточно легкоформализуются.
Это типичные задачи "библиотечного поиска", и внастоящее время разработаны методы автоматизированного их решения (методы полного перебора, ветвей и границ, дерева ИИЛИ и т.д.).В общем случае эта задача относится к классу задач, рассматриваемыхтеорией дискретного математического программирования.Все изложенное относится к выбору прототипа на более низкихиерархических уровнях проектирования, когда речь идет о разработкеконструкций отдельных систем иэлементов. С одной стороны, вследствие большой детализации конструкции и конкретизации требований ТЗ часто не находится конструкции, которая могла бы бытьпрототипом при разработке отдельных узлов и деталей, и необходиморешение на уровне изобретения.
Сдругой стороны, значительный опытдвигателестроения и применениепринципа унификации узлов и деталей позволяет задачи поиска прототипов для большинства элементов ДВС свести к задачам второгоили даже первого уровня сложности, т.е. к простому выбору стандартизованной или унифицированной детали. Таким образом, этапвыбора прототипа двигателя и егоотдельных узлов и деталей можетбыть в значительной мере автоматизирован.После выбора прототипа приступают к этапу эскизной проработкидвигателя. Рассмотрим возможнуюстепень его автоматизации. Как и влюбом другом случае, на данномэтапе решаются задачи синтеза ианализа конструкции. В данномслучае этап начинается с анализа,поскольку следует выяснить, по каким позициям выбранный прототип отличается от требований ТЗ.Далее исследуются варианты необходимых изменений конструкции иих возможные последствия.В случае замены какоголибо узла двигателя другим, но стандартизованным или унифицированным,его подбор также может быть осуществлен автоматизированно врамках имеющейся в ЭВМ информации.
В процессе поиска необходим элемент анализа для того, чтобы изменяемый элемент мог бытьсостыкован с двигателем и обеспечил бы его работоспособность.Итак, после завершения этапа эскизного проектирования конструкция двигателя в целом известна. Выбрана его компоновочная схема, типи состав отдельных систем и элементов, подобраны необходимые унифицированные узлы и детали. Конструктор и автоматизированная система на этом этапе выступают какпрактически равные партнеры –творческую часть работы, связаннуюс разработкой нестандартных решений, берет на себя человек, трудоемкая часть работы, связанная с просмотром и анализом вариантов, выбором стандартизованных элементов, обеспечением документацией,приходится на долю ЭВМ.Следующий этап – рабочее проектирование.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
