работки технических предложений осуществляется с помощью комплекса прикладных программ, структура и принципы которого описаны ниже.

21.3. СТРУКТУРА И ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ПРИКЛАДНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Прикладное программное обеспечение, отражающее специфику задач, решаемых в процессе проектирования самолета, является частью нестандартного программного обеспечения. Как отмечалось в гл. 20, в состав нестандартного программного обеспечения, укрупненная схема которого показана на рис. 21.3, помимо библиотеки прикладных программ входят системы управления пакетами прикладных программ (мониторы), программные средства обеспечения диалогового взаимодействия проектировщика с ЭВМ, программы управления банком данных. Они образуют общесистемное ядро программного обеспечения, в значительной мере инвариантное к объекту проектирования и типу решаемых задач. Как видно из схемы, монитор является ядром системы, обеспечивая связь между стандартным программным обеспечением ЭВМ и пакетами прикладных программ, с одной стороны, и через средства диалогового взаимодействия с проектировщиком - с другой стороны. По инструкциям, поступающим от проектировщика через средства диалогового взаимодействия (например, алфавитно-цифровой дисплей), определяющим постановку задачи и вид потребного отображения результатов проектирования, монитор

осуществляет формирование и анализ расчетной модели для задан- , ной задачи. Он выбирает из библиотеки прикладных программ необходимые расчетные модули, запрашивает у пользователя или из банка данных недостающую информацию, определяет последовательность вычислений, посредством чего поставленная задача математически моделируется и решается ЭВМ.

В настоящее время для САПР разрабатываются и используются два типа мониторов. Первый, более простой

Программа виапогового взаимодействия

Стандартное программное обеспечение ЭВМ

Управляющая программа

САПР {монитор}

Программы управления банком даннык

Библиотека прикладных программ (расчетных модулей)

Рис.

21.3. Структура нестандартного граммного обеспечения САПР

про-

Вызов . требуемой, программы

Задание Входных данных

Запуск программы и вычисления

Вывод результатов расчета

Изменение значений входных данных

выбор cnedjjHiuLeio действия

Конец

тип монитора, получивший название вызывающий, используется для рещения заранее оговоренного круга задач, оформленных в виде пакетов программ, работающих под управлением собственных управляющих программ. Монитор второго типа, называемый гибким, выполняет функции автоматического формирования из набора модулей требуемой вычислительной схемы и генерации ее управляющей программы.

Ниже рассмотрим в качестве примера организацию управления пакетами прикладных программ с помощью вызывающего монитора. Располагая определенным набором модулей, либо управляющих программ, оформленных в виде загрузочных модулей, пользователь сообщает системе имя требуемого для решения задачи

модуля. Информация по модулю, необходимая для работы системы, содержится в так называемом паспорте модуля. Паспорт представляет собой совокупность внутренних и внешних характеристик модуля, позволяющих использовать его как автономно, так и в более сложных вычислительных процедурах. Паспорта всех модулей образуют каталог паспортов, хранящийся в памяти системы (на внешних запоминающих устройствах ЭВМ) и составляющих библиотеку пользователя. Общение проектировщика с системой осуществляется в форме вопросов и ответов. Реализация диалогового режима позволяет проектировщику оперативно изменять входные данные для сформированной вычислительной программы и варьировать их.

Схема работы диалоговой системы на базе вызывающего монитора представлена на рис. 21.4.

Рассмотрим более подробно организацию прикладного программного проектирования, разработка которого является сферой деятельности проектировщиков самолета.

Многообразие задач, решаемых в процессе предварительного проектирования, не позволяет формализовать их в виде единого замкнутого алгоритма. Последовательность расчетов, типы связей между параметрами и характеристиками, информационная обеспе-

Рис. 21.4. Схема работы вызывающего монитора

Задание режима Л работы системы)

Формирование облика самолета

Управляющие программы режимов работы

БЛТХ

Рис. 21.5. Структура комплекса прикладных программ формирования облика самолета

ченность решаемой задачи зависят как от постановки задачи, так и от стадии разработки проекта. Поэтому, приступая к разработке прикладного программного обеспечения, необходимо провести классификацию связей по степени их универсальности для различных задач проектирования, а также по их информационной обеспеченности. Задача состоит в том, чтобы, не усложняя чрезмерно параметрическую модель самолета, выделить из всего многообразия связей, описывающих совместимость параметров самолета, его аэродинамических, весовых и J прочностных характеристик, динамику движения, показатели эффективности, характер взаимодействия с окружающей средой ИТ. п., наиболее существенные, характеризующие самолет с до-

-------- . -

статочной степенью достоверности в целом, чтобы получить надежную информацию о возможности реализации тех или иных проектных концепций для удовлетворения поставленных целей проектирования, а также меру эффективности этих концепций.

В соответствии с описанным в разд. 21.2 алгоритмом многообразие задач, решаемых на этапе разработки технических предложений, можно свести к трем основным типам:

- задачи формирования допустимой области существования проекта и определения размерных параметров самолета, удовлетворяющих предъявляемым к проекту требованиям и ограничениям;

- задачи исследования влияния изменения проектных параметров и ограничений на облик самолета и его характеристики;

- задачи оптимизации параметров самолета по выбранному критерию или системе критериев.

Такой перечень задач определяет рациональную структуру построения и основные режимы работы комплекса прикладных программ: режим формирования облика, режим параметризации и режим оптимизации. Возможная структурно-функциональная схема построения комплекса представлена на рис. 21.5.

Комплекс включает в себя главные управляющие программы режимов работы, управляющие программы для решения отдельных проектных задач и пакеты прикладных программ.

При разработке пакета прикладных программ (ППП) необходимо выполнить ряд специфических требований. Эти требования сводятся в основном к обеспечению:

- максимальной универсальности и гибкости использования, т. е. адаптируемости программ к различным постановкам задач анализа и синтеза проекта;

- возможности расширения ППП и замены отдельных разделов программы в зависимости от объекта проектирования и применяемых методов расчета;

- достаточной точности и достоверности результатов расчета при приемлемых для целей практического использования времени и стоимости расчетов.

В соответствии с блочным принципом моделирования (см. гл. 2) пакеты объединены в функциональные блоки, соответствующие традиционным научно-техническим дисциплинам, привлекаемым в процессе предварительного проектирования самолета.

Для обеспечения гибкости программного комплекса при разработке пакетов принят модульный принцип программирования, который делает комплекс открытым для дальнейшего развития, позволяя производить замену отдельных модулей, расширение их состава в зависимости от типа решаемой задачи и используемых методов расчета. В соответствии с этим принципом каждая программа, входящая в состав пакета, представляет собой набор модулей простой и сложной структуры *, решающий отдельные задачи процесса предэскизного проектирования как в рамках системы, так и автономно.

Условно эти блоки разделены на три группы. Первая группа блоков предназначена для согласования весовых, аэродинамических параметров самолета и характеристик силовой установки, определения основных размерных параметров самолета, взаимной пространственной увязки основных компонентов самолета, формирования информации для отображения результатов проектирования, а также необходимых входов в расчетные и оценочные блоки.

К этой группе отнесены: блок определения размеров самолета (БОР), блок геометрии (БГ) и блок компоновки (БК).

В БОРе осуществляется решение системы уравнений, связывающих основные параметры с потребными по ТЗ летно-техниче-скими характеристиками, а также решение уравнения баланса масс самолета. В результате работы блока определяются важнейшие относительные проектные параметры самолета - удельная нагрузка на крыло р, стартовая тяговооруженность Ро - и основные

* Под модулем понимается упорядоченнве множество операторов, имеющее уникальное имя и хранящееся как раздел библиотечного набора данных. Он оформляется в виде подпрограммы, например, типа SUBROUTINE (ФОРТРАН-IV). Простой модуль не содержит в себе операторов, имеющих собственное имя.

размерньге йараметры самолеТй - взлетная масса щ, суммарнай стартовая тяга силовой установки Ро и площадь крыла S. В блоке также вычисляются потребная стартовая тяга одного двигателя и массы основных компонентов самолета.

В БГ выполняются все необходимые расчеты, связанные с определением геометрических параметров самолета и его компонентов (линейные размеры, площади, объемы). В нем формируется информация, необходимая для рещения задач компоновки самолета, аэродинамических расчетов, расчетов масс, устойчивости и управляемости самолета. По данным этого блока, а также блока компоновки осуществляется отображение результатов проектирования на графопостроителе.

В БК производится пространственная увязка положения крыла, фюзеляжа, горизонтального и вертикального оперения, двигателей, грузов, стоек щасси из условия обеспечения требований компоновки. Эта задача сводится к рещению системы уравнений, с помощью которых определяются взаимные координаты основных компоновочных групп самолета, обеспечивающие минимальный диапазон центровок, необходимую степень продольной статической устойчивости и балансировку самолета, необходимый запас боковой статической устойчивости и ряд других компоновочных ограничений.

Входами в блок являются данные по геометрии, массам и аэродинамике агрегатов, из которых компонуется самолет.

Вторая группа блоков объединяет блок аэродинамики (БА), блок весовых расчетов (БВ), блок силовой установки (БСУ) и блок продольной устойчивости и управляемости (БРУУС). Назначение этих блоков - определение вектора внещних сил и моментов, действующих на самолет на всех режимах полета.

В БА производятся расчеты аэродинамических характеристик самолета и его частей при выбранных конфигурации и размерах. Расчеты осуществляются для двух конфигураций самолета: взлетно-посадочной и полетной. Блок обеспечивает информацией рещение задач компоновки самолета, расчета потребных тяг, расчета летно-технических и взлетно-посадочных характеристик, а также характеристик продольной устойчивости и управляемости.

В основу алгоритмов блока положены инженерные методы расчета аэродинамических коэффициентов дозвукового транспортного самолета, базирующиеся на результатах теории пограничного слоя, теории тонкого тела, а также эмпирических и полуэмпирических формулах, обеспечивающих приемлемую точность для расчета рассматриваемого класса самолетов на этапе предварительного проектирования.

БВ предназначен для расчетов, связанных с определением взлетной массы самолета и ее составляющих. Он состоит из отдельных модулей, дающих возможность в зависимости от качества и количества исходной информации, определяемого уровнем про-

работки проекта, получать относительные и абсолютные значения масс отдельных составляющих самолета.

Задача определения массы самолета сводится к рещению уравнения /Ло = 2j и где mt - масса компонентов самолета, число которых зависит от назначения самолета и этапа проектирования. Поскольку больщинство членов правой части этого уравнения mj = f (mo), то его рещение осуществляется итерационным методом.

В блоке предусмотрено наличие алгоритма нахождения массы начального приближения (первый уровень), позволяющего определить значения составляющих уравнения баланса масс и массу самолета на основе данных, обусловленных ТЗ (тв,н, р, Нярейа нрейс). статистических данных, касающихся типа силовой установки, аэродинамической схемы, а также значений удельной нагрузки и стартовой тяговооруженности, вычисляемых из условия обеспечения заданных летных и взлетно-посадочных характеристик.

Для определения массы самолета и его частей в функции варьируемых параметров при рещений задач параметрических исследований и оптимизации в блоке имеется алгоритм, основанный на полуэмпирических зависимостях (второй уровень). В частности, масса составляющих конструкции самолета определяется в зависимости от геометрических параметров, условий нагружения, компоновочных особенностей.

Для проведения проверочных, уточненных расчетов в блоке предусмотрен также более сложный алгоритм определения массы конструкции самолета по формулам, основанным на определении действующих на конструкцию нагрузок с учетом особенностей ее конструктивно-силовой схемы (третий уровень).

В БСУ осуществляются все необходимые расчеты, связанные с определением массы и габаритов двигателя, воздухозаборников, гондол двигателей, а также высотно-скоростных и дроссельных характеристик двигателя. Эти величины вычисляются по определяемой в БОР потребной тяге двигателя Ро и задаваемым (варьируемым) газодинамическим параметрам т, Тд и Як. Информация, получаемая на выходе из этого блока, используется для согласования параметров планера и силовой установки при формировании облика, а также для расчета взлетно-посадочных и летных характеристик самолета.

БРУУС предназначен для определения показателей устойчивости и управляемости самолета выбранной конфигурации с заданным набором параметров. В нем рещаются следующие задачи:

- определение моментных характеристик самолета, приведенных к его центру масс;

- определение статических показателей устойчивости и управляемости самолета и характеристик балансировочного режима в горизонтальном полете и при маневре с постоянной перегрузкой;