Профессия «Инженер-конструктор космических аппаратов»:
Мастер-класс
Профессия: Инженер-конструктор космических аппаратов
Сферы деятельности
Разработка и проектирование космических аппаратов различного назначения – от пилотируемых и транспортных аппаратов до спутников связи и малых спутников формата CubeCat, участие в российских и международных космических программах
Используемые технологии
·3D-моделирование, конструирование и аддитивные технологии (3D-печать) для создания элементов конструкций. ·Разработка и использование новых материалов (композиты, легкие сплавы). ·Современные технологии связи. ·Солнечная энергетика Программируемые логические контроллеры и системы управления
Необходимые навыки
·Глубокие знания в области физики и математики. ·Умение работать с CAD-системами. ·Навыки анализа и решения инженерных задач. ·Знание принципов работы ракетных двигателей и систем управления. Способность работать в команде и вести проектную работу
Продуктовые результаты
3D-модель ракеты
Где учиться
университетах России по специальностям: ·Авиа- и ракетостроение ·Разработка космической техники ·Инженерия (с акцентом на механику, мехатронику, электронику) ·Гироскопические приборы и устройства В Томске – ТПУ, ТГУ, ТУСУР
Где работать
·В исследовательских институтах и лабораториях, занимающихся разработкой космической техники. ·На предприятиях, входящих в Государственную корпорацию «Роскосмос» (РКК «Энергия» https://www.energia.ru/ , г. Королев, Московская обл., ИСС им. акад. М.Ф. Решетнева https://www.iss-reshetnev.ru/ , г. Железногорск Красноярского края, НПЦ «Полюс» https://polus-tomsk.ru/ , г. Томск и другие). ·Частных космических компаниях (например, Спутникс https://sputnix.ru/ru/ и др.)
О чём мероприятие?
Мероприятие посвящено знакомству участников с основами конструирования и проектирования, а также с современным инструментарием инженера-конструктора – российской CAD-системой T-Flex CAD, основанной на российских Государственных стандартах, используемой для создания 3D-моделей элементов конструкции, 3D-сборок, чертежей, инженерных расчетов и анализа конструкций. В ходе мастер-класса участники смогут: 1. Узнать о формах простейших ракет и основах аэродинамики. 2. Познакомиться с CAD-системой T-Flex CAD. 3. Освоить некоторые команды 3D-моделирования и научиться создавать 3D-модели по примитивам. 4. Создать 3D-модель своей ракеты, используя инструмент «Примитивы».
Для кого мероприятие?
1.1. Мероприятие ориентировано на детей и их родителей, интересующихся физикой, инженерией, 3D-моделированием и аэрокосмическими технологиями, а также на всех желающих попробовать себя в роли ракетостроителя. Родители, как и дети, найдут много интересного для себя при работе с системой T-Flex CAD, а также смогут помочь детям как в развитии пространственного мышления, так и в случае затруднений при работе с T-Flex CAD.
Для работы вам понадобится:
Персональный компьютер или ноутбук, обязательно с «мышью»
Последовательное и точное выполнение всех действий ниже приведет вас к нужному результату! T-Flex CAD имеет в своем составе такой инструмент, как Примитивы, куда входят уже готовые модели примитивных тел – параллелепипеда, цилиндра, конуса, шара, тора, призмы, пирамиды. Это позволяет очень быстро создавать 3D-модели на их основе, меняя только размеры. Этим мы и воспользуемся при создании 3D-модели ракеты.
При запуске T-Flex CAD появится окно «Активация программы». Поскольку мы пользуемся Учебной версией, активация не требуется, поэтому нажимаем «Продолжить». Так выглядит начальный экран программы:
В открывшемся окне выбираем иконку «3D Деталь»:
Перед вами откроется окно создания 3D-модели: Поскольку система русскоязычная, не составит труда разобраться, где находятся элементы управления и команды. Слева на экране – дерево модели; верхняя горизонтальная полоса – команды, в центре – 3D-пространство с тремя плоскостями. Кроме того, при подведении курсора мыши к любому элементу появляется подсказка.
Первым делом создадим модель стабилизаторов ракеты для удобства. Выбираем операцию «Примитив - Параллелепипед»,
после чего в центре рабочего пространства появляется параллелепипед с системой координат в центре его нижней грани и со стрелками синего, зеленого и красного цвета, а слева, в окне параметров, его размеры - длина, ширина и высота, которые изначально каждый равен 100 мм:
Изменим значения длины, ширины и высоты: длина 10 мм, ширина 100 мм, высота 200 мм. В результате параллелепипед преобразуется в такой, как вы видите на рисунке:
Далее необходимо полученный параллелепипед передвинуть вправо (по зеленой стрелке внизу, по оси Y) на 50 мм. Для этого потянем немного за зеленую стрелочку вправо. Слева, в окне «Преобразование» появится величина перемещения, на которое мы сдвинули параллелепипед по оси Y. В данном случае это 24 мм:
Это значение необходимо изменить на 50 мм. Это делается в окне «Преобразования»:
После подтверждения действия (нажатия на зеленую «птичку» ) наш параллелепипед изменит свое положение относительно плоскостей в рабочем пространстве:
Теперь превращаем этот параллелепипед в полноценный стабилизатор. Для придания нужной формы будем использовать команду «Сглаживание», выбрав «Сглаживание ребер». Для этого, находясь в команде «Сглаживание ребер», выбираем самое короткое ребро параллелепипеда (подсвечено зеленым) и указываем радиус сглаживания – 100 мм.
После нажатия зеленой «птички» получим:
Теперь, находясь в команде «Сглаживание», опять нужно выбрать короткое ребро, расположенное внизу слева (подсвечено зеленым), но в «Основных параметрах» нужно выбрать «Фаска (длина-угол)» и указать значение Длины равным 100 (см. красные прямоугольники на рисунке):
Подтвердив команду, нажав на зеленую "птичку", получим: Обратим внимание, что полученная часть стабилизатора, похожая на крыло, одной своей гранью касается рабочей плоскости «Вид спереди», зеленого цвета.
Далее работаем с командой «Симметрия». Нажимаем на команду «Симметрия» и выбираем левой кнопкой мыши тело, которое у нас в рабоче поле, оно сразу подсветится зеленым:
Затем выбираем рабочую плоскость, относительно которой хотим симметрично отобразить тело. В нашем случае это рабочая плоскость «Вид спереди», которая легко выбирается при подведении курсора мыши к краю плоскости. Слева относительно плоскости появляется тело (желтое),
а при подтверждении команды это выглядит так:
Превратим два тела в одно через команду «Булева», последовательно мышью выбрав одну и вторую части:
При подтверждении команды получим:
Снова воспользуемся командой «Симметрия», чтобы окончательно завершить создание стабилизаторов. Заходим в команду «Симметрия», выбираем тело:
и нажимаем на кнопку «Параметры»:
Откроется окно для задания параметров симметрии, где необходимо нажать на кнопку «+» (см. красный прямоугольник), где раскроется меню для выбора преобразования:
Нужно выбрать «Поворот вокруг оси Z», появится возможность задать параметр. Вписываем в окошечко значение «90»,
кликаем «ОК», видим такую картинку, снова щелкаем мышью по рабочей плоскости «Вид спереди» (зеленая в данный момент)
и подтверждаем команду . Имеем результат – полноценный стабилизатор для ракеты из четырех стоек, получившийся путем несложных манипуляций из примитива «Параллелепипед». Объединим две части стабилизатора в одно тело, выполнив операцию «Булева» и выбрав поочередно обе части стабилизатора. Визуально ничего не изменится, это нам пригодится в дальнейшем при наложении цвета.
2. Второй шаг
Двигаемся дальше. Теперь создаем тело ракеты из примитива «Цилиндр» и носовую часть из примитива «Конус».
Выбираем примитив «Цилиндр».
Он сразу появляется в центре системы координат:
Слева, в Основных параметрах, видим, что Диаметр и Высота по 100 мм. Изменим Высоту на 200, и зададим Преобразование, нажав на зеленый «+». Он сразу появляется в центре системы координат:
Выбираем «Перемещение по оси Z» и задаем значение перемещения 80 мм:
Подтверждаем выполнение и выходим из команды «Примитивы». В результате имеем:
Подтверждаем выполнение и выходим из команды «Примитивы». В результате имеем:
Тело ракеты будет состоять из двух цилиндров. Поэтому снова заходим в команду «Примитивы – Цилиндр», задаем высоту, равную 150 мм, добавляем, как на предыдущем шаге, «Преобразование – Перемещение по оси Z», задаем перемещение равным 280 мм. Второй цилиндр встает строго на первый:
Подтверждаем выполнение команды, имеем ракету без носовой части:
Заходим в команду «Примитивы» и для создания носовой части ракеты выбираем Конус и сразу задаем ему параметры. Высоту оставляем 100 мм, чуть ниже в Параметрах ставим «галочку» рядом с «Диаметром 2» и задаем ему значение 100 мм. Также добавляем «Преобразование – Перемещение по оси Z», задаем перемещение равным 430 мм.
Подтвердив команду, получаем прекрасную ракету:
Остается ее раскрасить. Для этого в Дереве модели по очереди выбираем тела (Тело 3, Тело 4, Тело 5 и Тело 6.). Раскрасим как пример Тело 3. Подводим курсор мыши к «Телу 3», выбираем «Параметры»,
нажимаем на «Параметры» и видим табличку:
Внизу щелкаем на «Покрытие», появляется возможность выбора из Библиотеки типа покрытия или краски. Выбираем любой понравившийся вариант и последовательно раскрашиваем все тела ракеты.
Вот такая прекрасная ракета у нас получилась! Можно ее раскрасить разными цветами на свое усмотрение.
Итоговый продукт
Участники смогли познакомиться с 3D-моделированием в системе T-Flex CAD с использованием простого инструмента – Примитивов, элементами конструирования. Создали 3D-модель ракеты, используя различные инструменты задания параметров элементов модели. Такой творческий процесс развивает пространственное мышление и воображение.
Вопросы для обсуждения
1. Были ли трудности при освоении команд? 2. Хотели ли бы вы дальше изучать 3D-моделирование? 3. Пригодится ли в дальнейшем навык 3D-моделирования? 4. Какие еще космические аппараты можно смоделировать?
Разработчики
Тьютор, методист АНО ДО "Детский технопарк "Кванториум"
Костюченко Тамара Георгиевна
Начальник научно-методического отдела АНО ДО "Детский технопарк "Кванториум"
Ларина Людмила Николаевна
Тьютор, методист АНО ДО "Детский технопарк "Кванториум"