航空发动机虚拟拆装技术的研究与实现

【类型】学位论文

【作者】路雪军 

【关键词】 虚拟装配 约束 自由度 碰撞检测 航空发动机

【摘要】虚拟装配技术在新产品开发、产品的维护以及操作训练方面具有重要的作用，是虚拟现实的重要应用之一。由于航空发动机结构复杂，价格昂贵，不能投入大量实装用于拆装维护及训练，而虚拟装配技术可以有效地克服上述问题。因此，研究航空发动机虚拟拆装技术具有重要的应用价值。本文在国家863计划重点项目“虚实融合的协同工作环境技术与系统”子课题“面向飞机关键部件拆装维护及训练的应用示范(2009AA012102)”的资助下对航空发动机虚拟拆装技术进行了研究，取得的研究成果如下：(1) 提出了面向过程的基于几何约束的操作定位方法。首先将产品的CAD模型转换成由三角网格表示的几何模型并提取装配约束，根据约束和自由度的对应关系定义拆装过程的平移和旋转自由度，操作移动零部件过程中进行碰撞检测，当发生碰撞时，验证位姿是否满足零部件最终状态，若位姿差异满足设定的阈值，则调整位姿到最终状态并进入下一个拆装步骤。该方法保证了拆装过程的操作定位自然、高效。(2) 实现了一种面向虚拟装配的基于AABB层次包围盒的碰撞检测算法。该算法包括AABB层次包围盒树的建立、更新以及相交测试，并给出了对AABB层次包围盒以及包围盒的相交测试进行内存优化的方法。解决了航空发动机模型数据量大，完成实时碰撞检测困难的问题。(3) 设计并实现了涡喷7-乙型航空发动机虚拟拆装系统。包括拆装流程控制模块，适应于多种交互方式的交互模块，虚拟对象数据库和电子手册数据库。用户既可以使用鼠标键盘，也可以选择力反馈设备完成虚拟拆装。该系统具有很好的扩展性，只需要修改约束配置文件，更换虚拟对象和电子手册即可生成其他产品的虚拟拆装系统，实现了自行车的虚拟拆装系统验证了这一特性。(4) 设计并实现了多人协同虚拟拆装维护训练工具。通过无线网络传输控制数据，1名或多名教师使用虚拟拆装维护训练工具，控制拆装过程的同时，在虚拟拆装环境中放置标志物，多名学员携带便携计算机和头盔显示器，在虚拟拆装环境中的任意位置观察拆装过程，达到了多视点观察拆装过程的目的。本文的研究成果已经在上述863项目中得到了应用。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】齐越

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