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结构力学、热学和光学 的分析
点击次数:1866 发布时间:2012-10-19

结构力学、热学和光学 的分析
 
STOP和Go

当光具座上镜头、镜片和支撑件的轻微温度变化都对图像质量造成负面影响时,还能让光电传感器怎样地准确对焦呢?在太空环境中这一问题会更加严重,那里有极端的热环境,而且一旦设计出现缺陷,无法做zui后校准。

解决方案是STOP:结构(S)/热(T)/光(OP)的集成设计分析。事实上,与其说是解决方案到不如说是有待实现的目标,因为到真正的集成设计评估还有很多障碍。

为实现这一目标已做了许多尝试。较早的方法是创建一个能做初步光学分析、结构力学分析和热力学分析的单一设计工具。“初步”意味着为创建一体化工具特定于每一工程领域的问题都被忽略了,而这些问题在每一学科的CTOS(商业现成的)工具中都是zui基本的。因此,尽管一体化方法对系统工程师的概要设计有用,它在后续的设计阶段却无法沿用,那里每一学科的技术都须深入利用,而不能过度简化。

20世纪90年代末,C&R公司领导了NASA SBIR开拓计划("OptiOpt™"),以期能够克服结构、热和光学领域之间模型转换的困难,同时兼顾每一工程专业的特殊人才和热门工具。除C&R的Thermal Desktop®外,Sigmadyne的Sigfit®和ORA的Code V®也参与了软件设计。计划取得了重大成功,包括zui早的运用CTOS软件的自动STOP优化(参看出版物:Integrated Analysis of Thermal/Structural/Optical Systems 和 Automated Multidisciplinary Optimization of a Space-based escope)。现在Thermal Desktop的一些非常通用的特性,比如向独立生成的结构模型的自动映射以及外部命令行参数化操作,都是由该计划的一部分发展而来。

然而,OptiOpt计划假设各学科均由相同的CAD模型出发建立各自独立的模型(该模型的数据之后必须与其它模型交换)。模型构建的集中管理并不存在,且未尝试获取每一学科的知识和经验以供设计团队中的其他人共享。这意味着除了光具座设计上的局部尺寸改动外,任何信息都必须在设计团队中人工传递,且互通设计数据的工作也需要随每一次改动人工重新验证。

由Aerospace Corporation和Comet Solutionszui近完成的一项计划在集成STOP分析的理念上取得了重要进展。在兼顾每一学科专门技术和软件(值得注意的是,这些软件同样用于OptiOpi计划:Thermal Desktop, Sigfit和Code V)的同时,Comet软件*地起用了早先“一体化”建模环境的理念:集中式模型开发。

Comet允许各学科参与到共同的CAD环境中,恰如所需地标记一中心绘图以引导热、结构和光模型的生成。富于经验的工程师的独特技巧和工具不致陷入一成不变的求解方案,将各学科方法融入核心计划反而意味着设计方案的改动更易于采纳。团队级的多学科设计活动不单被允许,且更受鼓励:各学科均能容易地获得其子系统改动(如材料选择、加热器位置、支杆尺寸)对关键任务目标—图形质量所造成的效果。

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