Методические рекомендации по порядку выполнения работы и анализу результатов. Рецензент Модорский В. Я. Тираж экз. Фгбоу впо Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет
Аэрокосмический факультет
Кафедра «Ракетно-космическая техника и энергетические системы»
Храмцов И.В.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАКЕТЫ
С МОДЕЛЬНЫМ РАКЕТНЫМ
ДВИГАТЕЛЕМ
Создание твердотельной модели ракеты в среде SolidWorks
Методические указания
Пермь, 2015 г.

2
УДК 621.45.01
Храмцов И.В. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАКЕТЫ С МОДЕЛЬНЫМ
РАКЕТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ: Методические указания к исследовательской работе по курсу "Моделирование летательного объекта" для школьников старших классов. - Пермь: ФГБОУ ВПО ПНИПУ, 2015. - 83 с.
Методические
указания
предназначены
для
выполнения
исследовательской работы по курсу "Моделирование летательного
объекта".
Методические указания содержат краткую теоретическую часть.
В пособии даны методические рекомендации по порядку выполнения работы
и анализу результатов.
Рецензент: Модорский В.Я.
Тираж ___ экз.
© ФГБОУ
ВПО
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
© Храмцов И.В.
Издательский отдел
ФГБОУ
ВПО
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

3
Содержание
Введение ......................................................................................................................................... 4 1. Основы проектирования в среде SolidWorks .......................................................................... 5 1.1. Начало работы с пакетом SolidWorks ................................................................................... 7 1.2. Панели инструментов SolidWorks ........................................................................................ 9 1.3. Дерево конструирования ..................................................................................................... 11 1.4. Менеджер свойств PropertyManager ................................................................................... 13 1.5. Построение эскизов твердотельных моделей .................................................................... 15 1.5.1. Сложность эскиза .............................................................................................................. 19 1.5.2. Объекты Эскиза ................................................................................................................. 20 1.5.3. Инструменты Эскиза ......................................................................................................... 20 1.5.4. Статус Эскиза. .................................................................................................................... 21 1.5.5. Размеры ............................................................................................................................... 22 1.5.6. Взаимосвязи. ...................................................................................................................... 23 1.6. Работа с Элементами ............................................................................................................ 27 1.7. Работа со Сборками .............................................................................................................. 30 1.7.1. Добавление компонентов в сборку .................................................................................. 31 1.7.2. Сопряжения компонентов сборки .................................................................................... 32 2. Создание основных деталей и сборки модельной ракеты ................................................... 34 2.1. Создание основных деталей модельной ракеты ................................................................ 34 2.1.1. Корпус модельной ракеты ................................................................................................ 34 2.1.2. Головная часть (обтекатель) модельной ракеты ............................................................ 41 2.1.3. Стабилизатор модельной ракеты ..................................................................................... 46 2.1.4. Пыж модельной ракеты .................................................................................................... 48 2.1.5. Триммер модельной ракеты ............................................................................................. 49 2.2. Создание деталей МРД ........................................................................................................ 54 2.2.1. Корпус МРД ....................................................................................................................... 54 2.2.2. Сопло МРД ......................................................................................................................... 55 2.2.3. Твердотопливный заряд МРД .......................................................................................... 57 2.2.4. Замедлитель МРД .............................................................................................................. 59 2.2.5. Вышибной заряд МРД....................................................................................................... 61 2.3. Сборка МРД модельной ракеты .......................................................................................... 62 2.4. Сборка модельной ракеты ................................................................................................... 68 3. Оценка массогабаритных параметров ракеты. ..................................................................... 79 3.1.Определение габаритных размеров модели ракеты ........................................................... 79 3.2. Определение центра масс .................................................................................................... 80 3.3. Определение центра бокового давления ............................................................................ 82
Библиографический список ........................................................................................................ 83

4
Введение
Данная работа является частью образовательного проекта "Школа будущих инженеров и инноваторов". Методическое пособие предназначено для обучения школьников старших классов и студентов основам проектирования трехмерных моделей.
Целью данной работы является: освоение программного комплекса SolidWorks и умение применять теоретические и практические навыки при проектировании объекта.
В рамках данного пособия представлены рекомендации по построению модельной ракеты. На ее примере рассмотрены основные стадии проектирования в современных инженерных программах (рисунок 1).
В результате данной работы учащиеся старших классов должны создать трехмерную модель ракеты с модельным ракетным двигателем, рассчитать ее массо-габаритные характеристики и провести анализ ее устойчивости
В данном методическом пособии приведен пример проектирования модельной ракеты со следующими характеристиками:

длина модельной ракеты, L – 0,39 м;

диаметр модельной ракеты, D – 0,02 м;

длина модельного ракетного двигателя, l – 0,055 м;

диаметр модельного ракетного двигателя, d – 0,01 м;

средняя тяга модельного ракетного двигателя, P – 3 Н.
Пример трехмерной модели ракеты представлен на рисунке.
Рис.1. Трехмерная модель ракеты.
1 - корпус; 2 - головная часть; 3 - модельный ракетный двигатель; 4 - пыж; 5 - стабилизатор; 6 - уплотнительные кольца; 7 - система спасения (триммер).

5
1. Основы проектирования в среде SolidWorks
Добро пожаловать в мир компьютерного проектирования, который открывает перед вами программа SolidWorks! Если вам еще не приходилось иметь дело с программным пакетом SolidWorks, вы имеете возможность присоединиться к тысячам пользователей этого пакета, предназначенного для элементно-ориентированного параметрического конструирования.
Пакет SolidWorks, разработанный корпорацией SolidWorks (США), представляет собой приложение для автоматизированного элементно-ориентированного конструирования твердотельных моделей изделий машиностроения.
В программе SolidWorks используется трехмерный подход к проектированию. При проектировании детали от первоначального эскиза до конечного результата создается трехмерная модель. На основе этой модели можно создавать 2-мерные чертежи или сопрягать компоненты, состоящие из деталей или узлов, для создания 3-мерных сборок.
Можно также создавать двухмерные чертежи трехмерных сборок.
При проектировании модели с помощью программы SolidWorks можно придать ей большую наглядность по всем трем измерениям, то есть представить модель в том виде, в котором она будет при производстве.
SolidWorks — это полнофункциональное приложение для автоматизированного механико-машиностроительного конструирования, базирующееся на параметрической элементно-ориентированной методологии. Это позволяет легко получать твердотельную модель из двумерного эскиза, применяя очень простые и эффективные инструменты моделирования.
Программа SolidWorks имеет несколько режимов работы. Остановимся на наиболее важных из них.
Режим "Part" (Деталь)
Режим "Part" (Деталь) представляет собой параметрическую элементно- ориентированную среду, позволяющую строить твердотельные модели. По умолчанию вы получаете в свое распоряжение три плоскости: передняя (Front Plane), верхняя (Top Plane) и правая (Right Plane). Сначала необходимо выделить плоскость, в которой вы будете строить эскиз основания. После этого вы оказываетесь в эскизной среде, располагающей всеми необходимыми инструментами для построения чертежей. Построив эскиз, нужно нанести размеры и установить требуемые взаимосвязи между его элементами, находясь все в той же среде построений.

6
Режим "Assembly" (Сборка)
В режиме "Assembly" (Сборка) с помощью соответствующих инструментов выполняется объединение компонентов в сборку. Сборка компонентов может осуществляться двумя методами:
1. сборка «снизу вверх»;
2. сборка «сверху вниз».
При подходе «снизу вверх» сборка формируется путем интеграции ранее созданных компонентов с сохранением всех конструкторских решений. Подход «сверху вниз» подразумевает создание компонентов в режиме сборки: можно начать с каких-то готовых изделий и далее в контексте сборки создавать другие компоненты. При этом можно задавать зависимость размеров одних компонентов от размеров других. В процессе добавления компонентов в сборку в SolidWorks можно использовать операцию перетаскивания, а также проверять «собираемость» полученной сборки. Очень ценной возможностью SolidWorks является обнаружение конфликтов в сборке, что позволяет конструктору при повороте и перемещении деталей видеть возникающие столкновения между объединяемыми компонентами.
Режим "Drawing" (Чертеж)
Режим "Drawing" (Чертеж) предназначен для формирования технической документации на созданные ранее детали и сборки в виде чертежных видов и их деталировок. В SolidWorks составление документации осуществляется двумя способами:
1. Генерация чертежа.
2. Интерактивное черчение.
Генерация чертежа позволяет получить чертежи автоматически на основе созданных деталей или изделий. На чертежах отображаются все размеры и обозначения, добавленные к компоненту в режиме "Part" (Деталь). При этом сохраняется свойство двусторонней ассоциативности. Чертеж сборки может быть также дополнен спецификацией и текстовыми примечаниями.
Интерактивное черчение позволяет строить чертежи изделия и наносить размеры
«вручную» с использованием традиционных инструментов компьютерной инженерной графики.

7
1.1. Начало работы с пакетом SolidWorks
Для запуска программы запустите ярлык приложения
. Ярлык приложения может находиться например на рабочем столе или в меню Пуск-> Все программы-
>SolidWorks. Теперь система готова к работе SolidWorks. На экране появится окно программы SolidWorks (рисунок 1.1.1).
Рис. 1.1.1. Окно SolidWorks 2014 и область задач SolidWorks Resources (Ресурсы
SolidWorks)
Для создания нового документа нажимаем кнопку Создать в верхнем левом углу рабочего окна (рисунок 1.1.2).
Рис. 1.1.2. Создания нового документа
Появится диалоговое окно Новый документ SolidWorks (рисунок 1.1.3), на котором расположены три шаблона документа: Деталь, Сборка или Чертеж.

8
Рис.1.1.3. Диалоговое окно "Новый документ"
Выберите шаблон деталь для создания новой детали. Исходный вид окна SolidWorks при создании документа Деталь представлен на рисунке 1.1.4.
Рис. 1.1.4. Исходный вид окна SolidWorks

9
1.2. Панели инструментов SolidWorks
Любой инструмент пакета SolidWorks может быть вызван одним из трех способов: с помощью менеджера команд, главного меню или контекстного меню. Удобнее всего вызывать инструменты через панели инструментов. Рассмотрим некоторые панели инструментов на примере режима "Деталь".
Панель инструментов "Эскиз"
Эта панель инструментов предназначена для перехода в среду двумерных или трехмерных построений. Его инструменты используются для построения эскизов элементов. Кроме того, он используется для добавления взаимосвязей и автоматической простановки размеров на элементах эскиза (рисунок 1.2.1).
Рис. 1.2.1. Панель инструментов "Эскиз"
Панель инструментов "Элементы"
Это одна из основных панелей инструментов режима "Деталь". После того как вы построите эскиз, вам необходимо будет с помощью инструментов моделирования преобразовать его в элемент.
Панелей инструментов "Элементы" (рисунок 1.2.2) содержит все необходимые инструменты, применяемые в процессе элементно-ориентированного твердотельного конструирования.
Рис. 1.2.2. Панель инструментов "Элементы"
Панель инструментов "Вид"
Инструменты этого менеджера команд предназначены для масштабирования, прокрутки и выбора ориентации модели (рисунок 1.2.3). С их помощью можно также изменить способ штриховки твердотельной модели, а также создать разрез модели.
Рис. 1.2.3. Панель инструментов "Вид"

10
Панель инструментов "Анализировать"
Рис. 1.2.4. Панель инструментов "Анализировать"
С помощью этого менеджера команд можно измерить расстояние между двумя элементами эскиза, связать их уравнениями, а также вычислить инерционные характеристики твердотельной модели (рисунок 1.2.4).

11
1.3. Дерево конструирования
Дерево конструирования — это один из важнейших элементов окна программы "SolidWorks". В нем отражены сведения о плоскостях, используемых по умолчанию, материалах, освещении, а также обо всех элементах модели. Элементы, добавляемые с помощью средств моделирования, сразу отображаются в дереве конструирования.
Рис. 1.3. Дерево конструирования
Дерево конструирования "FeatureManager" облегчает:

Выбор элементов модели по имени.

Определение и изменение последовательности, в которой создаются элементы.
Переупорядочить элементы можно путем их перетаскивания в списке дерева конструирования "FeatureManager". При этом изменяется порядок восстановления элементов при перестроении детали.

Отображение размеров элемента, которое можно выполнить, дважды нажав на имя элемента.

Можно дважды с интервалом нажать на имя элемента (нажатие, пауза, нажатие), ввести новое имя и нажать "Enter" для изменения его имени.

Можно Погасить и высветить элементы детали и компоненты сборки.

Поиск ошибки и предупреждения
, имеющие отношение к модели или элементу
Переключение
между
деревом
конструирования
"FeatureManager",
"PropertyManager" (Менеджером свойств), "ConfigurationManager" (Менеджером
конфигураций) и "Добавлениями" осуществляется с помощью ярлыков в верхней части
левой области окна (см. рисунок 1.3).

12
В дереве конструирования "FeatureManager" используются следующие условные обозначения:
Символ слева от значка элемента указывает на то, что он содержит связанные с ним элементы, например эскизы. Нажмите на знак для развертывания элемента и отображения его содержания.
Перед именами эскизов могут находиться следующие символы:
(+) - переопределен
(-) - недоопределен
(?) - не удается решить эскиз
Префикс не указывается - полностью определен
Перед элементами, деталями и сборками ставится символ перестраивания
, изменение требует перестраивания модели.
- указывает на ошибку в модели
- указывает на ошибку в элементе
- предупреждение под узлом
- предупреждение в элементе
Положение компонентов сборки обозначается следующими символами:
(+) - переопределен
(-) - недоопределен
(?) - не решено
(f) - фиксирован (на одном месте)

13
1.4. Менеджер свойств "PropertyManager"
Окно "Property Manager" предназначено для настройки свойств и других параметров
(таблица 1.4) для многих команд SolidWorks.
Окно "PropertyManager" отображается на вкладке "PropertyManager" на панели слева от графической области (рисунок 1.4). "PropertyManager" открывается при выборе объектов или команд, определенных в "PropertyManager".
Рис. 1.4. Окно "PropertyManager"
Таблица 1.4. Основные кнопки свойств выбранного объекта (элемента)
Строка заголовка
Значок элемента и имя элемента (например, Extrude1 (Вытянуть1) (только для чтения).
Кнопки
OK
Принятие выбранных объектов, выполнение команд и закрытие PropertyManager.
Отмена
Отмена выбранных элементов и закрытие PropertyManager.
Предварительный просмотр
Отображение предварительного просмотра элемента.
Справка
Открытие соответствующего раздела справки.

14
Оставить
Разместить открытый PropertyManager.
Назад
Возврат к предыдущему шагу.
Далее
Переход к следующему шагу.
Отменить ввод
Отмена предыдущего действия.
Сообщение
Текстовое поле с указаниями по следующему шагу, в котором часто представлено несколько способов реализации следующего шага.
Окна групп Набор связанных кнопок, окон списков и выбора с групповым заголовком
(например, Направление 1), которые можно развернуть или свернуть
Окна выбора
Примите выбор в графической области или в дереве конструирования FeatureManager. Когда они активны, то окрашены в розовый цвет. При выборе элемента в окне выбора он будет высвечен в графической области для облегчения идентификации. Чтобы удалить выбранные элементы из окна, нажмите правой кнопкой мыши и выберите Удалить (для одного элемента) или Удалить выбранные элементы (для всех элементов).

15

  1   2   3   4