王飞
江南机电设计研究所）
摘要：一体化集成战车发射系统跨越结构、控制、流场及车辆等多个领域，多领域的协同仿真分析是对发射系统整体性能的保证的一个重要环节。基于数字化样机的防空导弹发射系统数据协同主要从以下方面实施：首先，开展数据协同的设计框架梳理。基于信息化平台进行统一规划构建，梳理多样机之间传递信息和数据类型和格式，将数据进行相应转换和提取。其次，基于技术框架的数据协同建模。在协同设计技术框架下的虚拟样机具有系统的数据传递方式及特征，统一规划发射系统的数字建模要求及内容。最后，打通协同设计的数据交换通道，采用统一标准进行同领域内的数据交换，采用异步协同进行跨领域的系统间松散耦合协同。
关键词：发射系统 数字化样机 协同仿真
引言
目前弹炮光电一体化集成战车协同设计过程中存在信息共享程度低、设计目标与结果不一致、重复劳动多等问题。现有研制方法已不适用与快速多变的军用装备研发的市场需求。战车传统研发多是串行工作方式，后续设计中一旦发现错误，往往要从头开始修正，迭代过程十分冗长，大大延长了战车研制开发周期。而且传统的设计主要是针对设计结果进行的，缺乏对设计过程的有效支持。此外，传统的设计是孤立进行的，各种信息不能进行及时有效的交流和沟通，不仅延长开发周期，更为各种冲突的产生埋下隐患。
采用数据协同的方式进行防空导弹发射系统设计，可以集中多学科对战车不同角度不同渠道的设计意见，在设计过程中时刻把握正确的设计方向，少走弯路，更有利于开展高质、高效、高精的战车研制工作，有效克服传统研制开发的缺陷和不足。基于数字化样机的战车虚拟仿真试验协同设计技术是一种基于模型的不断提炼与完善的过程。战车涉及机械、控制、流场、车辆等多个领域，对这些领域分别建模，通过统一的技术框架集成在一起，形成一个多学科协同虚拟样机，并对协同虚拟样机进行仿真和分析，包括布局干涉检查、装配运动仿真、流场仿真、随动控制仿真、行驶动力学仿真和发射动力仿真等，对仿真的结果进行分析，不断地完善设计。
2 基于数据协同的设计框架梳理
车-架-弹耦合系统是典型的多学科耦合系统，涉及三维建模、布局优化、结构有限元、行驶动力学、随动控制、流场分析以及发射动力学等多学科领域。如何快速有效的进行车-架-弹耦合系统多学科协同仿真，直接关系到整个战车发射系统总体设计。为提高战车及发射系统总体设计效率、减少战车设计研制周期，依托信息化设计手段，在完成打通虚拟样机协同设计流程、发射扰动分析与导弹总体协同设计流程、底盘布局设计流程、三维数字化样机设计流程、多体动力学仿真设计流程、结构强度一体化设计流程、燃气流场设计流程的基础上，以数字化仿真平台协同设计为主，构建战车行驶与作战一体化协同仿真模型，开展多边界条件影响下的行驶动力学与发射动力学仿真技术研究，突破战车虚拟样机高精高效刚柔耦合及全弹性整车系统级发射动力学仿真技术，实现车-架-弹耦合系统随动、结构与控制的多学科协同设计。
3 基于技术框架的数据协同建模
统计梳理协同虚拟样机输入输出数据特性。依据战车发射系统各个虚拟样机的责任专业不同，梳理典型虚拟样机分析内容及分工。构建战车发射系统结构虚拟样机、战车行驶动力学虚拟样机、发射动力学虚拟样机、燃气流场分析虚拟样机以及随动控制虚拟样机。初步实现各虚拟样机的异步协同设计。为最终实现构建战车行驶与作战一体化多体动力学仿真模型，开展战车行驶动力学与导弹发射动力学仿真技术研究。
主要建模内容如下：
（1）刚柔耦合动力学模型构建
基于刚柔耦合动力学常规建模方法，采用分系统和系统级仿真试验等手段进行了模型校验，实现“高精”发射动力学仿真分析导弹发射扰动；通过信息化手段固化分析流程，基于二次开发及命令流技术进行多工况模型的模型修改和仿真控制，实现“高效”完成多工况复杂系统动力学仿真分析。
（2）随动系统机械与电气联合仿真
针对倾斜发射随动型式，基于Adams和Matlab仿真平台，开展随动系统机械虚拟样机构建技术、电机控制模型建模技术、机械与控制联合仿真技术研究，突破随动系统机械系统虚拟样机建模与随动控制协同设计仿真的瓶颈，实现随动系统结构与控制的协同总体设计。
（3）导弹发射燃气流程仿真
一体化集成战车向小型化、轻型化、高机动方向发展，强调单车具有独立作战能力。当导弹采用倾斜随动热发射方式时，发射过程中产生的高温高速燃气射流会对发射车和设备上时产生一定的冲击影响。
（4）战车行驶发射动力学仿真
以战车刚柔耦合多体动力学模型为基础，根据一体化集成战车主要机动转移和作战行驶路况环境，构建公路路面、越野路面、爬坡路面等不同级别的多类型路面，并选取不同行驶速度，对战车多路况、多车速行驶状态进行行驶动力学仿真，验证战车行驶稳定性、爬坡能力、越野能力等行驶、机动性能，验证战车整车布局及质心分布是否合理。
（5）战车多体动力学与伺服随动控制的联合仿真
基于Adams虚拟样机与Matlab/Simulink开发环境的仿真过程接口设置方法并确定数据交互的接口定义。基于Adams的多体动力学模型和Matlab/Simulink环境无刷直流电机模型开展倾斜发射随动全系统联合仿真模型构建。根据伺服控制系统控制原理分析，结合随动系统联合仿真模型的实际情况，完成随动系统虚拟样机联合仿真控制模型的搭建。
4 协同设计的数据交换
（1）同领域数据交换
采用统一中间文件格式进行同领域内的数据交换。一体化集成战车研制过程中，整车结构布局设计、限界包络设计、分系统接口设计在战车总体设计中占据非常重要的位置。在结构设计领域，CAD设计工具繁多，不同设计工具都有各自的特点和优点，不同设计师的使用习惯不一致，整车结构设计不可能由同一工具完成。
（2）跨领域数据交换
跨领域的系统之间的关系，主要是采用异步协同方式耦合，数据交换主要通过参数传递实现。针对特定的商用软件采用二次开发，提取出需要的数据，进行跨领域系统之间的数据传递，接收到数据的系统可以将系统运行的结果反馈给发送出数据的系统，从而实现信息的双向流动，达到数据交换和信息共享的目的。
5 结束语
为突破传统的战车发射系统“单独设计-联合调试”的反复迭代设计模式，提高产品的快速研发设计性，进行基于数字化样机的防空导弹发射系统多学科数据协同设计技术研究，突破数据协同设计技术框架梳理、基于技术框架的数据协同建模技术以及协同设计的数据交换技术，以作为战车系统级虚拟样机协同设计的研究基础，对战车发射系统总体设计工作具有重要意义。
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