X38飞行器逆向工程

在90年代,美国航空航天局开始研制AUTONOM乘员返回飞行器X-38。这个飞行器需要在紧急情况下带多达七名宇航员安全返回地球。

对于这方面的发展,从不断增加的海拔高度飞行和着陆试验。从这些实验中,计算机模拟是可以很精确的这样就可以不断优化设计。过程中非常重要的一点是实际模型的形式和模拟中使用对象的形状相匹配(计算流体力学,计算流体动力学)。出于这个原因,实际的模型在发展过程中被数字化,而且是高精度和高数据密度。从这些实际数据,CAD数据便生成了,可以用在于模拟。

在本应用指南中,我们展示了如何数字化以及如何按NASA的需要处理数据。该项目由Capture 3D执行。

实际X-38试验车需要数据化,80%比例大小的模型,大约33英尺长,12英尺高,10英尺宽。基于这些数据,多个评价任务必须被启动,例如“设计跟实际的比较”,生成一个“实际”表面模型的CFD分析,并确定了先前“着陆困难“的影响。


Fig.1:X38模型

美国宇航局为什么选择TRITOPCMM和ATOS而非其他系统

•飞行器是一个工作原型已经被数字化
•飞行器太大了,无法用现有的三坐标测量机,而且这个过程太费时
•以前用激光跟踪仪完成的工作,数据是准确的,但不够密集。现在美国航空航天局希望用外表面及关键区域的数据密度来确保完整的定义飞行器
•数据是要能够支持快速曲面的多边形网格需要的。 ATOS确保从不同的数据密度输出直接的多边形网格数据,为高效,快捷,详细的CAD产生


Fig.2:量测的设备架设

特殊情况下的测量
该模型需置于工作中的飞行器进行扫描,而且HVAC retro fit人员在飞行器中进行正常的工作。该模型没有做特殊处理,完整表面的数字化需要大量高精度和高密度的数据。除了飞行器不能移动,舱门的打开关闭和环境照明变化都是被允许的。此外,飞行器的底部和地板只有三英尺的间隙。

如上述情况,这些环境的变化对扫描系统的正常工作是基本没有影响的,系统会自动侦测以得到完整的数据。此外,该扫描系统既要可以在大的空间里工作,也要能在有限的空间内采集高效的数据。


Fig.3:准备测量

测量
开始测量,该模型上需用到编码和非编码标签,以及2根比例尺。此外,一些适配器上的目标被放在模型的参考内径内来定义坐标系统。然后捕捉数字图像,允许TRITOPCMM定义所有标记的精确坐标基于摄影测量指标原则。从这个TRITOPCMM的测量,详细数字化的参考文件被导出。

Fig.4: TRITOPCMM测量 Fig.5: TRITOPCMM测量点的位置分布
Fig.6:扫描机翼的内侧 Fig.7: 扫描外侧机身

用ATOS三维扫描仪装置来完成上部和侧表面的数字化,且测量范围在800×640×640毫米以内。

对于机身下侧的扫描,在有限的空间内,扫描器须被调整为更小的测量范围(360 X280 X 280毫米)。调整,包括校准该系统只需十分钟。

捕获的ATOS数据是自动组合到一个项目。在生成网格数据时,电脑会自动从扫描的数据中来得到它所需要的网格密度。然后,使用ATOS三维检测软件可以将这些数据(截面,稀释网格数据,特征线)重新自定义,并存储于不同的标准数据格式。

用ATOS三维测量系统,包括计算日期和数据的后期处理,共花了四天时间。

Fig.8:网格数据(具体面积/完整的对象)

结果

色彩图,显示了实际模型与CAD数据的偏差,只用了两小时内。此图显示了实际形式与CAD数据良好的契合。只有翅膀的对称性轻微超出了公差。此外,它还可以显示“着陆困难”没有对该模型的形状造成破损。

Fig.9: 实际物体与理论数据的对比 Fig.10:实际物体与理论数据的对比,后视图

用于CFD(计算流体动力学),基于ATOS的数据CAD模型需8个小时得以衍生。对于详细的分析,在密集的ATOS数据基础上,建立良好的CAD模型需要5天时间。

该项目引发了模型的修改,而且从所有参与方被视为非常积极的从所有并从所有都把什么参与各方非常积极的。
基于此服务工作,数据的完整和密度,美国航空航天局决定买他们自己ATOS XL系统,要能够融入他们的数字化进程并能够在未来数字化完整和真实的X-38飞行器。

Fig.11: 在ATOS每隔300mm所切的截面 Fig.12:3D模型,用ATOS所得资料创建

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