CATIA動力學(xué)仿真在起落架裝配中的應(yīng)用

1、CATIA動力學(xué)仿真在起落架裝配中的應(yīng)用摘要本文應(yīng)用大型三維建模軟件CATIA建立了某大型民機(jī)前起落架及艙門的三維實(shí)體模型，利用CATIA中的數(shù)字樣機(jī)DigitalMock-Up，DMU進(jìn)行起落架收放的運(yùn)動仿真，利用傳感器的碰撞試驗功能檢測在運(yùn)動過程中各零件之間是否干預(yù)，并通過測量工具測量分析了起落架與艙門在運(yùn)動過程中的最小間隙，描繪了起落架在運(yùn)動過程式中所掃掠的空間范圍，以實(shí)現(xiàn)與起落架艙干預(yù)檢查，通過仿真以確定鎖機(jī)構(gòu)裝配的位置。動力學(xué)仿真實(shí)現(xiàn)數(shù)字樣機(jī)的實(shí)際工作過程中的運(yùn)動模擬，為起落架裝配提供了一定的技術(shù)支持。關(guān)鍵詞起落架;CATIA;DMU;運(yùn)動仿真;建模中圖分類號：V226 &

2、#160;          文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.11.0230概要飛機(jī)起落架是飛機(jī)起飛、著陸、滑行和地面支撐、停放的主要裝置。大多數(shù)軍用和民用飛機(jī)在起飛著陸過程中起落架都要進(jìn)行收放運(yùn)動并且要求飛機(jī)在飛行中必須實(shí)現(xiàn)起落架收上狀態(tài)的鎖定功能，以保證起落架在收上狀態(tài)的平安鎖定。因此，起落架收放運(yùn)動檢測、干預(yù)檢查及鎖機(jī)構(gòu)的位置的準(zhǔn)確性，成為起落架裝配的重點(diǎn)。DMU電子樣機(jī)是對產(chǎn)品的真實(shí)化計算機(jī)模擬，滿足各種各樣的功能，提供用于加工或裝

3、配的模擬環(huán)境。本文以某型號飛機(jī)前起落架為例，建立虛擬樣機(jī)模型，并賦予了每個部件相互間的裝配關(guān)系，進(jìn)行理論分析和方法研究，使技術(shù)人員在起落架工藝裝配和方法決策時，能對復(fù)雜的起落架模型進(jìn)行裝配空間觀察、安裝/拆卸、干預(yù)檢查和機(jī)構(gòu)運(yùn)動模擬，以減少實(shí)物樣機(jī)的預(yù)裝配與驗證。1使用運(yùn)動機(jī)構(gòu)模擬模塊對KINCATIADMUFittingsimulator對起落架及艙門的收放運(yùn)動建立動力學(xué)模型以某大型民用飛機(jī)前起落架為例，建立虛擬樣機(jī)的動力學(xué)模型。前起落架結(jié)構(gòu)為支柱雙輪式，安裝在位于機(jī)頭下部的前起落架艙內(nèi)，向前向上收入前起落架艙內(nèi)。前起落架主要包含以下結(jié)構(gòu)：可折阻力桿、下位撐桿鎖和開鎖作動筒、減震支柱、轉(zhuǎn)向機(jī)

4、構(gòu)、機(jī)輪軸、收放作動筒、上位鎖等組成，如圖1所示。將CATIA的裝配模塊中的數(shù)模調(diào)入到運(yùn)動機(jī)構(gòu)模擬模塊KIN，再根據(jù)各零件之間的運(yùn)動關(guān)系在該模塊中定義相應(yīng)的運(yùn)動副。1.1前起落架主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下a后艙門采用隨起落架外筒聯(lián)動的形式，起落架放下時后艙門翻開，起落架收起時后艙門關(guān)閉。b前艙門采用單獨(dú)的液壓作動筒驅(qū)動方式，當(dāng)前起落架處在完全放下和收上位置時前艙門均處于關(guān)閉狀態(tài)。c前起落架鎖包括艙門鎖和起落架支柱鎖。d前起落架前傾角3度，向前向上收起102度收入到前起落架艙內(nèi)。1.2定義運(yùn)動副，限制自由度經(jīng)分析，起落架收放機(jī)構(gòu)與前艙門收放機(jī)構(gòu)均可獨(dú)立仿真，機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動仿真需滿足自由度為零即DOF=0的

5、條件，必須滿足以下公式F=6n-pi-xqj-rk=0          1式1中：n為活動構(gòu)件總數(shù);m為運(yùn)動副總數(shù);x為原動機(jī)總數(shù);Pi為第i個運(yùn)動副的約束條件數(shù);qj為第j個原動機(jī)的驅(qū)動約束條件數(shù);rk為其他的約束條件數(shù)。收放機(jī)構(gòu)與前艙門收放機(jī)構(gòu)均可獨(dú)立仿真，因此各機(jī)構(gòu)自由度均為零DOF=0。1.3定義驅(qū)動命令將各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副定義以后，還不能進(jìn)行運(yùn)動模擬分析，需要加載驅(qū)動。一個機(jī)構(gòu)要想運(yùn)動，通常會有一個或多個驅(qū)動，具體要根據(jù)機(jī)構(gòu)形式而定?？梢栽诘?步定義約束的同時進(jìn)行驅(qū)動命令的定義。例如對于

6、圓柱副，既可以定義角度驅(qū)動，又可以定義長度驅(qū)動，或者同時定義角度驅(qū)動和長度驅(qū)動。在本文中給前艙門運(yùn)動機(jī)構(gòu)中添加艙門作動筒之間的圓柱副的長度驅(qū)動，具體驅(qū)動值如圖2所示，在起落架收放運(yùn)動機(jī)構(gòu)中添加上阻力桿與前起艙的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動副的旋轉(zhuǎn)角度驅(qū)動，具體驅(qū)動值如圖2所示。驅(qū)動加載完畢后，CATIA會彈出一系統(tǒng)信息，提示可以進(jìn)行運(yùn)動模擬，即可以進(jìn)行后期的運(yùn)動分析了。1.4進(jìn)行運(yùn)動仿真給起落架收放機(jī)構(gòu)前艙門開關(guān)機(jī)構(gòu)添加約束和命令使之后可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動仿真，仿真結(jié)果如下四幅圖，前艙門翻開前起落架收起后艙門跟著一起關(guān)閉前艙門關(guān)閉。2基于運(yùn)動仿真的數(shù)字樣機(jī)分析在動態(tài)仿真過程中，KIN模塊通過運(yùn)動中的傳感器測量的數(shù)據(jù)來分析

7、檢查運(yùn)動過程中的樣機(jī)的運(yùn)動情況，常用以下幾個命令Clash碰撞分析;Distance&BandAnalysis距離和區(qū)域分析等。2.1運(yùn)動空間分析運(yùn)動過程中空間尺寸非常重要，要保證所設(shè)計的產(chǎn)品在運(yùn)動過程中對其它零件不發(fā)生干預(yù)，設(shè)置傳感器來監(jiān)測動態(tài)仿真過程，比方間隙值、碰撞、速度和加速度等。由于設(shè)計方案的原因，在前起落架收起相同的角度的情況下，齒輪齒條轉(zhuǎn)向裝置可能會與艙門干預(yù)，不能滿足前起落架的收放要求。所以設(shè)置距離傳感器，進(jìn)行收放仿真，分析運(yùn)動過程中兩部件的間隙是否滿足要求。設(shè)置分析對象為齒輪齒條的邊緣，參考物體分別為前后艙門，仿真運(yùn)動生成的軌跡線如圖6所示，輸出文件的曲線如圖7所示。從圖中可測出在運(yùn)動過程中齒輪齒條邊緣離艙門的最近距離，驗證是否符合要求。2.2確定上位鎖的位置在前起落架收放時，從前傾角3度，向前向上收起102，用CATIA運(yùn)動仿真模塊中的“軌跡命令作出此點(diǎn)的軌跡曲線如圖2，即可利用運(yùn)動仿真得出起落架上位鎖的位置。2.3包絡(luò)體分析描繪了起落架在運(yùn)動過程式中所掃掠的空間范圍，以實(shí)現(xiàn)與起落架艙干預(yù)檢查，如圖9和