X38飛行器的逆向工程

在90年代,美國太空總署開始研製AUTONOM乘員返回飛行​​器X-38。這個飛行器需要在緊急情況下帶多達七名太空人安全返回地球。

對於這方面的發展,從不斷增加的海拔高度飛行和著陸試驗。從這些實驗中,電腦模擬是可以很精確的這樣就可以不斷優化設計。過程中非常重要的一點是實際模型的形式和模擬中使用對象的形狀相匹配(計算流體力學,計算流體動力學)。出於這個原因,實際的模型在發展過程中被數位化,而且是高精度和高數據密度。從這些實際數據,CAD數據便生成了,可以用在於模擬。

在本應用指南中,我們展示瞭如何數位化以及如何按NASA的需要處理數據。該項目由Capture 3D執行。

實際X-38試驗車需要數據化,80%比例大小的模型,大約33英尺長,12英尺高,10英尺寬。基於這些數據,多個評價任務​​必須被啟動,例如“設計跟實際的比較”,生成一個“實際”表面模型的CFD分析,並確定了先前“著陸困難“的影響。


Fig.1:X38模型

• 飛行器是一個工作原型已經被數位化美國太空總署為什麼選擇TRITOP CMMATOS 3D掃描儀而非其他系統

• 飛行器太大了,無法用現有的三坐標測量機,而且這個過程太費時

• 以前用鐳射跟蹤儀完成的工作,數據是準確的,但不夠密集。現在美國太空總署希望用外表面及關鍵區域的數據密度來確保完整 的定義飛行器

• 數據是要能夠支持快速曲面的多邊形網格需要的。ATOS 3D掃描儀確保從不同的數據密度輸出直接的多邊形網格數據,為高效,快捷,詳細的CAD數據來源方案

Fig.2:量測的設備架設

特殊情況下的3D掃描

該模型需置於工作中的飛行器進行3D掃描,而且HVAC retro fit人員在飛行器中進行正常的工作。該模型沒有做特殊處理,完整表面的數位化需要大量高精度和高密度的數據。除了飛行器不能移動,艙門的打開關閉和環境照明變化都是被允許的。此外,飛行器的底部和地板只有三英尺的間隙。

如上述情況,這些環境的變化對ATOS 3D掃描系統的正常工作是基本沒有影響的,系統會自動偵測以得到完整的數據。此外,該掃描系統既要可以在大的空間裡工作,也要能在有限的空間內採集高效的數據。

Fig.3:準備

3D測量

開始測量,該模型上需用到編碼和非編碼標籤,以及2根比例尺。此外,一些適配器上的目標被放在模型的參考內徑內來定義坐標系統。然後捕捉數位圖像,允許TRITOP CMM定義所有標記的精確坐標基於攝影測量指標原則。從這個TRITOP CMM 光學式三次元的測量,詳細數位化的參考文件被導出。

Fig.4: TRITOP CMM測量 Fig.5: TRITOP CMM測量點的位置分佈

Fig.6:掃描機翼的內側 Fig.7: 掃描外側機身

ATOS 3D掃描儀來完成上部和側表面的數位化,且測量範圍在800×640×640毫米以內。

對於機身下側的3D掃描,在有限的空間內,掃描器須被調整為更小的測量範圍(360 X280 X 280毫米)。調整,包括校準該系統只需十分鐘。

捕獲的ATOS 3D掃描數據是自動組合到一個項目。在生成網格數據時,電腦會自動從掃描的數據中來得到它所需要的網格密度。然後,使用ATOS軟體可以將這些數據(截面,稀釋網格數據,特徵線)重新自定義,並存儲於不同的標準數據格式。

用ATOS 3D掃描測量,包括計算日期和數據的後期處理,共花了四天時間。

Fig.8:網格數據(具體面積/完整的對象)

結果

色彩圖,顯示了實際模型與CAD數據的偏差,只用了兩小時內。此圖顯示了實際形式與CAD數據良好的契合。只有翅膀的對稱性輕微超出了公差。此外,它還可以顯示“著陸困難”沒有對該模型的形狀造成破損。

Fig.9: 實際物體與理論數據的對比,俯視圖 Fig.10:實際物體與理論數據的對比,後視圖

用於CFD(計算流體動力學),基於ATOS 3D掃描儀的數據CAD模型需8個小時得以衍生。對於詳細的分析,​​在密集的ATOS數據基礎上,建立良好的CAD模型需要5天時間。

該項目引發了模型的修改,而且從所有參與方被視為非常積極的從所有並從所有都把什麼參與各方非常積極的

基於此服務工作,數據的完整和密度,美國太空總署決定買他們自己ATOS 3D掃描儀,要能夠融入他們的數位化進程並能夠在未來數位化完整和真實的X-38飛行器。

Fig.11: 在ATOS每隔300mm所切的截面 Fig.12:3D模型,用ATOS 3D掃描所得資料創建

承蒙美國太空總署Dryden飛行研究中心


任何3D相關問題,請立即聯絡我們 0800-55-9999