固体火箭发动机分布式集成设计平台及其关键技术研究

论文摘要

导弹和运载火箭技术的发展,对固体火箭发动机设计提出了高性能、低成本、短周期的要求,迫切需要先进的固体火箭发动机集成设计平台提供技术支撑。本文在“固体火箭发动机CAD/CAM”项目支持下,以固体火箭发动机分布式集成设计平台为研究目标,围绕集成设计平台的体系结构、数据集成、设计过程集成、应用集成等关键技术开展研究。本文分析了固体火箭发动机设计过程及其影响因素,研究分析了发动机分布式集成设计平台内涵,给出了基于集成设计平台的发动机设计过程,分析了分布式集成设计平台体系结构特征,建立了集成设计平台运作体系结构、系统体系结构和技术体系结构。分析了发动机设计过程中的基本数据元素和模型,建立了由组织、过程、产品、资源和约束等视图组成的多视图集成数据模型,提出了基于可扩展标记语言(XML)的数据共享与交换机制和基于主模型的数据一致性管理方法,研究了集成数据模型的数据状态、安全性、版本等管理问题,从而解决了集成设计平台底层数据支撑问题,实现了发动机设计数据集成。提出了设计过程集成的分层实现策略,构建了由项目、系统全局工作流和分系统工作流构成的过程集成模型,分别应用扩展赋时着色Petri网和活动网络图研究了系统全局工作流和分系统工作流建模方法,建立了分层集成的过程管理系统,从而解决了发动机设计中宏观全局过程的监控与管理和微观设计探索过程的建模与管理及两者间集成问题,实现了发动机设计过程集成。给出了基于组件的应用集成方法及组件形式化定义,提出了集成设计平台应用组件接口开发规范,开发了发动机集成设计平台应用组件库,建立了支持算法组件动态组合的工作流系统,从而解决了集成设计平台中应用软件的可重用性、可扩展性和可配置性问题,实现了集成设计平台应用集成。应用上述研究成果,构建了基于J2EE的固体火箭发动机分布式集成设计平台,建立了发动机集成设计平台原型系统SRMIDE,通过高压强固体发动机设计应用实例,验证了本文研究成果的可行性、有效性和实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 固体火箭发动机设计技术
• 1.2.2 分布式集成设计平台
• 1.2.3 分布式集成设计平台关键技术
• 1.3 面临的主要问题及挑战
• 1.4 本文研究内容及章节安排
• 第二章 固体火箭发动机分布式集成设计平台体系结构
• 2.1 引言
• 2.2 固体火箭发动机设计过程及其影响因素分析
• 2.2.1 固体火箭发动机设计过程分析
• 2.2.2 发动机设计周期主要影响因素分析
• 2.2.3 发动机设计质量主要影响因素分析
• 2.2.4 解决方案
• 2.3 发动机分布式集成设计平台的内涵
• 2.3.1 发动机传统计算机辅助设计平台面临的主要问题
• 2.3.2 集成设计平台的提出
• 2.3.3 基于集成设计平台的发动机设计过程
• 2.4 发动机分布式集成设计平台体系结构分析
• 2.4.1 发动机集成设计平台系统特征
• 2.4.2 发动机集成设计平台体系结构特征
• 2.5 集成设计平台体系结构
• 2.5.1 集成设计平台运作体系结构
• 2.5.2 集成设计平台系统体系结构
• 2.5.3 集成设计平台技术体系结构
• 2.6 集成设计平台软件框架
• 2.7 小结
• 第三章 基于多视图集成数据模型的发动机设计数据集成
• 3.1 引言
• 3.2 集成设计平台数据集成分析
• 3.2.1 数据集成需求分析
• 3.2.2 数据集成方法分析
• 3.3 发动机多视图集成数据模型
• 3.3.1 发动机设计过程基本数据要素
• 3.3.2 集成设计平台基本数据模型
• 3.3.3 集成设计平台数据视图
• 3.3.4 发动机多视图集成数据模型
• 3.3.5 面向对象的集成数据模型描述
• 3.4 基于XML的数据共享与交换
• 3.4.1 数据模型到DTD映射
• 3.4.2 DTD到数据库模式映射
• 3.4.3 基于XML的数据共享与交换
• 3.5 数据组织与管理
• 3.5.1 基于主模型的数据一致性管理
• 3.5.2 数据物理存储
• 3.5.3 数据状态与安全管理
• 3.5.4 数据版本管理
• 3.6 小结
• 第四章 基于层次过程集成模型的发动机设计过程集成
• 4.1 引言
• 4.2 发动机设计过程集成分析
• 4.3 发动机设计层次过程集成模型
• 4.3.1 发动机设计过程集成实现策略
• 4.3.2 层次过程集成模型
• 4.3.3 层次过程集成模型特点分析
• 4.3.4 层次过程集成模型建模
• 4.4 基于扩展赋时着色Petri网的全局工作流建模
• 4.4.1 全局工作流建模方法
• 4.4.2 基于扩展赋时着色Petri网的工作流网
• 4.4.3 发动机设计过程模型
• 4.4.4 发动机设计过程的XTCPNWF-net描述
• 4.4.5 发动机设计过程模型XTCPNWF-net分析与仿真
• 4.5 基于活动网络图的分系统内部工作流建模
• 4.6 设计过程集成与管理
• 4.6.1 项目模型与全局工作流模型集成
• 4.6.2 全局工作流模型和分系统内部工作流模型集成
• 4.7 集成设计过程管理系统
• 4.7.1 设计过程管理方法及其分析
• 4.7.2 集成设计过程管理系统体系结构
• 4.8 小结
• 第五章 基于组件动态组合的发动机设计应用集成
• 5.1 引言
• 5.2 分布式集成设计平台应用集成分析
• 5.2.1 应用集成分析
• 5.2.2 应用集成内涵
• 5.3 基于组件的应用集成
• 5.3.1 组件技术
• 5.3.2 应用组件接口与组件库
• 5.3.3 组件互操作
• 5.4 面向组件动态组合的工作流
• 5.4.1 组件动态组合及其对工作流的需求
• 5.4.2 面向组件动态组合的工作流定义
• 5.4.3 工作流组件
• 5.4.4 设计探索方法的工作流组件实现
• 5.4.5 应用实例
• 5.5 基于组件动态组合的应用集成特点分析
• 5.6 小结
• 第六章 集成设计平台原型系统实现及其应用
• 6.1 SRMIDE系统软硬件实现
• 6.1.1 SRMIDE硬件环境
• 6.1.2 基于J2EE的SRMIDE软件实现
• 6.2 SRMIDE功能模块设计与实现
• 6.2.1 系统管理环境
• 6.2.2 协同设计环境
• 6.2.3 发动机性能仿真环境
• 6.3 基于SRMIDE的固体火箭发动机设计
• 6.3.1 应用背景
• 6.3.2 基于SRMIDE的项目定义与任务分解
• 6.3.3 基于SRMIDE的发动机概念设计
• 6.3.4 基于SRMIDE的发动机初步设计
• 6.3.5 基于SRMIDE的发动机详细设计
• 6.4 应用效果分析
• 6.5 小结
• 结束语
• 本文主要工作总结
• 论文主要创新点
• 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文及参加的科研工作
• 附录1 符号与缩略语
• 附录2 集成数据模型DTD定义