【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发动机外部管道敷设领域，具体涉及一种航空发动机外部管道模拟敷设方法，以及所述航空发动机管路敷设方法对考虑双联卡箍约束的航空发动机管路进行管路敷设的方法。
技术介绍
1、航空发动机外部管路结构复杂，零部件众多且集成度高，管路敷设空间有限。管路敷设对航空发动机的可靠性、性能和研制成本有十分重要的影响。传统的航空发动机管路是在基于全尺寸的金属样机上进行人工敷设，难以保证设计质量和效率。随着cad技术的发展，设计人员能够在三维建模软件中进行管路布局。目前，由计算机进行管路自动布局来代替人工敷设成为下一个重点发展方向。但是，多数的航空发动机管路自动布局仅考虑避障路径，然后采用若干段样条曲线代替管路中心线，设计出的管路路径规划太过于理想化，在实际情况中难以被加工出来。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种航空发动机外部管道模拟敷设方法，解决了现有技术仅考虑避障路径，然后采用若干段样条曲线代替管路中心线，设计出的管路路径规划太过于理想化，在实际情况中难以被加工出来等问题。除了路径避障外，本专利技术还将双联卡箍约束纳入了管路模拟敷设的考虑范围内。
2、1敷设地图
3、1.1敷设空间数学模型
4、如图1所示，图中的回转体为简化后的航空发动机机匣，机匣外侧一定高度内的空间即为管路的敷设空间。为了实现管路自动敷设，需要建立数学模型对敷设空间进行描述。因为机匣为一个变直径的回转体，故建立类似柱坐标系的htz坐标系对敷设空间进行描述。如图1所示，以
5、管路敷设前需要先将敷设空间抽象化，即使用数据结构对空间进行表达。主要方法包括可视图法、自由空间法和栅格法等。其中栅格法是将敷设空间分解成小尺寸栅格，并根据管路敷设的约束条件为栅格赋予能量值或状态值。栅格法便于空间信息的提取、描述和处理，使用广泛，管路的正交铺设显然也非常适合采用栅格法。
6、1.2敷设地图生成
7、采用栅格法生成敷设地图。栅格法需要确定栅格划分精度以及栅格状态。以下将从这两个方面进行敷设地图的生成。
8、1.2.1敷设空间划分
9、进行敷设空间划分前需要先选择敷设空间的被划分部分。因为机匣表面的敷设空间很大，且管道路径在周向上的移动范围显然不会超过半个圆周，所以根据待敷设管路的起点和终点进行敷设范围的确定是比较合理的。构建一个以正方形为底的六面体局部敷设区域，正方形的边长由起点和终点在轴向和周向的距离决定，以其中较大的距离为基础，向外进行一定比例的扩张，从而构建一个包围起点和终点的局部敷设空间。局部敷设空间的高直接取敷设空间最大高度，因为敷设空间的高度本身比较狭小。本方法使用式(1)所示划分精度来划分敷设空间：
10、accuracy＝[5,d/rmax,d] (1)
11、accuracy中的三个参数分别表示敷设空间在h,t,z三个方向上的划分精度。在进行栅格划分时，一般以待敷设管路直径作为一个栅格的边长，因为对于较粗的管道，敷设空间中过于狭窄的区域本身也不可通行，而对于较细的管道，可通行的区域则多得多，因此需要更高的划分精度。因此在z方向上，以待敷设管道的直径d划分。在t方向上，因为敷设空间为变直径机匣的表面，为了保证路径沿着机匣母线移动，故在周向上以等弧度而非等长度的方式进行划分，划分弧度为d/rmax，其中rmax为敷设空间中的点距离机匣轴线的最大距离，从而保证所有网格的周向长度均不大于d。在h方向上，因为敷设空间在此方向的空间非常狭小，故采用5mm的固定长度进行划分，保证在敷设较粗的管道时，也能保证搜索精度。
12、1.2.2敷设地图状态值
13、栅格划分后整个敷设空间可由一群均匀排布的栅格点进行表示，如图2所示。敷设地图中每个栅格点的状态值和其与障碍物的位置关系有关。因为路径规划算法搜索的是管道的中心线，因此在生成敷设地图时需要对障碍物进行膨胀。若栅格点在膨胀后的障碍物的外侧，则状态值为0，如图2中的白点，表示管路中心线可以通过该点，反之则为1，如图2中的黑点，表示不可通行。航空发动机敷设过程中的障碍主要包括实体障碍和非实体障碍。实体障碍包括已敷设管路和附件，非实体障碍包括高温区域、维修区域和电气区域等。
14、栅格点的状态值计算包括两个步骤。(1)确定哪些栅格点可能与障碍物发生碰撞：计算障碍物膨胀后，能将其包围的最大包围盒，该包围盒由h,t,z三个方向上的范围进行表示。包围盒内的栅格点即可能与障碍物发生碰撞的点，从而减少计算量。(2)判断(1)中的栅格点是否与障碍物发生碰撞，针对不同的障碍物，下文给出针对性的栅格状态值判断方法。
15、障碍物的膨胀量swell如式(2)：
16、swell＝rlay+space (2)
17、式(2)中，rlay表示待敷设管道的半径，space表示管道和管道以及障碍物之间的最小间距。
18、(1)管道障碍物
19、一条简化的管道由多段直管组成，将一段直管的中心线离散为多个点，点距为管道障碍物的管道直径。离散点和包围盒内栅格点的间距d如式(3)：
20、
21、式(3)中xd，yd，zd为离散点在直角坐标系下的坐标，xg，yg，zg为栅格点坐标。
22、当一个栅格点和所有离散点的间距d均满足式(4)，则此栅格点和直管发生碰撞：
23、d≤robs+swell (4)
24、式(4)中，robs为作为障碍物的直管的半径。
25、(2)以规则六面体表示的非实体障碍物
26、规则六面体障碍物都可以表示为一个垂直于机匣表面且和机匣表面相连接的六面体。如图(3)，图中六面体底部的中心为点o，e1、e2、e3为三个互相垂直的单位向量，e1垂直机匣表面、e2沿着机匣周线、e3沿着机匣母线,称e1、e2、e3和点o组成的坐标系为e坐标系。则六面体在e坐标系中所占据的高度范围为[0,h],弧度范围为[-θ，θ]长度范围为[-l,l]。
27、设母线方程为式(5)：
28、r＝f(z) (5)
29、则e1、e2、e3计算结果如式(6)：
30、
31、式(6)中，zo为点o的z坐标，则k为机匣半径r在点o处对z的导数。
32、设在htz坐标系下的,栅格点的坐标为htzd,o点的坐标为htzo。则栅格点在e坐标系中的坐标如式(7)所示：
33、[e1d,e2d,e3d]＝([e1 e2 e3]t)-1(htzd-htzo) (7)...
【技术保护点】
1.一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，步骤1中根据数学模型采用栅格法生成敷设地图，具体包括：根据待敷设管道的起点和终点在敷设空间中取出一个局部敷设空间，使用栅格将局部敷设空间划分为一群均匀排布的栅格点；根据与障碍物的位置关系确定每个栅格点的状态值，根据状态值生成敷设地图。
3.根据权利要求2所述的一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，局部敷设空间的划分步骤包括：构建一个以正方形为底的六面体局部敷设区域，正方形的边长由起点和终点在轴向和周向的距离决定，以其中较大的距离为基础，向外进行一定比例的扩张，从而构建一个包围起点和终点的局部敷设空间；局部敷设空间的高直接取敷设空间最大高度。
4.根据权利要求2所述的一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，根据与障碍物的位置关系确定每个栅格点的状态值的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，所述A*
7.根据权利要求6所述一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，A*算法在搜索候选点时增加一个判据，当该节点的代价比此处已存在的节点的代价更低，则此节点依旧可作为候选点，即同一个位置上可以存在多个节点，这些节点分别属于不同的父节点。
8.根据权利要求1所述一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，所述PSO优化算法的适应度函数包括加工适应度函数和路径适应度函数，PSO优化算法先以减小加工适应度为目标，当加工适应度降为0时，再减小路径适应度；
9.根据权利要求1所述一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，还包括考虑管路可加工要求的路径后处理步骤，具体包括：
10.采用权利要求1-9任一所述航空发动机管路敷设方法对考虑双联卡箍约束的航空发动机管路进行管路敷设的方法，双联卡箍用于连接两条平行的直管道，双联卡箍的两个空置接口分别连接依附管道和待敷设的管道，两个接口的圆心分别为o1、o2，依附管道的方向向量为cz，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，步骤1中根据数学模型采用栅格法生成敷设地图，具体包括：根据待敷设管道的起点和终点在敷设空间中取出一个局部敷设空间，使用栅格将局部敷设空间划分为一群均匀排布的栅格点；根据与障碍物的位置关系确定每个栅格点的状态值，根据状态值生成敷设地图。
3.根据权利要求2所述的一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，局部敷设空间的划分步骤包括：构建一个以正方形为底的六面体局部敷设区域，正方形的边长由起点和终点在轴向和周向的距离决定，以其中较大的距离为基础，向外进行一定比例的扩张，从而构建一个包围起点和终点的局部敷设空间；局部敷设空间的高直接取敷设空间最大高度。
4.根据权利要求2所述的一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，根据与障碍物的位置关系确定每个栅格点的状态值的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的一种航空发动机管路敷设方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的一种...
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