基于CATIA软件DMU模块的运动机构分析在飞机飞控系统中的应用

简介CATIA软件在飞机飞控系统中应用。

基于CATIA软件DMU模块的运动机构分析在飞机飞控系统

中的应用

摘要：本文主要介绍了运用DMU（Digital Mock- Up电子样机）技术对运动机构的分析及其在ARJ21系列飞机生产实践中的应用。

关键词：DMU、运动机构

Abstract: This article refers to the movement mechanism analysis by DMU (Digital Mock- Up) technology and its application in the producing of the airplane ARJ21 series.

Key Words: DMU, Movement Mechanism

1. 引言

ARJ21民用客机是中国第一次完全自主设计并制造的支线客机。其飞控系统采用同以往机型不同的电传控制系统，使用传感器模块、电子控制设备替代原先连接驾驶舱操纵机构与舵面作动器之间的钢缆。随着电传控制系统的引入，飞控系统的控制精度有了长足的提高，与此同时，飞控操纵系统及作动器机械部分作为飞机中复杂运动机构之一，其安装精度成为影响飞控系统控制精度重要影响之

一。对于精度影响的分析，如使用传统的计算方法计算，存在计算公式复杂，计算量大，耗时费力，容易计算错误等问题。另一方面，随着计算机技术的发展，数字化设计已应用于ARJ21系列飞机中，工艺部门已能依据2维图纸或3维数模，编制制造大纲、装配大纲等工艺文件，部分复杂零件也已能直接按3维数子模型直接在数控机床上加工；但除此之外，数字化装配在ARJ21飞机中的运用还不广泛。针对此问题，提出是用DMU进行数字化运动机构分析。

DMU（Digital Mock- Up）即电子样机，主要是指在计算机平台上，通过三维CAD/CAE/CAM软件，建立完整的产品数字化样机，组成电子化样机的每个部件除了准确定义三维几何图形外，还赋有相互间的装配关系、技术关联、工艺、公差、人力资源、材料、制造资源、成本等信息；提供用于工程设计、加工制造、产品拆装维护的模拟环境；具有从产品设计、制造到产品维护各阶段所需的所有功能；为从产品概念设计到产品维护整个产品生命周期的信息交流和决策提供一

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个平台，覆盖产品从概念设计到维护服务的整个生命周期1。现已广泛应用于汽车设计、工装开发等领域。相对于传统计算方法，利用DMU模块进行数字化运动机构分析，可大幅度降低计算强度，提高计算精度，并有效降计算错误2 3 4。

本文主要介绍基于CATIA软件的DMU模块在ARJ21系列飞机飞控系统机构部分的应用。

2. DMU模块技术实施方法

基于CATIA软件的DMU模块可直接使用或使用稍经处理的CATIA数模进行运动机构分析。下面以升降舵运动机构为例，介绍其实施方法：

2.1 数模准备

一般情况下，DMU模块可直接使用CATIA数模进行分析，但应注意，DMU模块只能使用由各个零件（part）组成的简单组件（product），如果在组件（product）结构树下还存在下级子组件（product），则无法实现运动仿真及分析。如图1所示，在551A0000组件（product）下，存在AD_227A3200-000-001的子组件，无法直接在DMU中运行，需更改为如图2所示的简单组件构架。故需要对这类组件（product）进行更改，以达到DMU模块要求的数模格式。

图1不支持复杂组件

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图2简单组件

2.2 设定约束及机制分析

在数模准备完成后，可通过运动约束工具对数模中各零件之间关系进行约束，并通过机制分析对整个机构的自由度进行计算，通常情况下，约束完成后的机构，其自由度应大于0，如图3、图4所示。

图3 约束限制

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图4机制分析（自由度为1）

2.3 设定运动命令

在完成机构约束后，需对其中的一个或多个约束进行运动命令的设定，并确保设定完成后，机构的自由度等于运动命令的数量，通常情况下，一个拥有一个自由度的机构需对应一个运动命令，一旦设定完成后，DMU模块将提示机构可以进行运动仿真，如图5、图6、图7所示。

图5设定运动命令（设定极限角度）

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图6 机构能被仿真

当无命令时自由度=命令数量时，机构即能被仿真

图7 完成运动命令设定后的机制分析页面

2.4 仿真

使用运动机构仿真工具进行仿真，并可利用其传感器对所需监视的各项参数。以升降舵作动器为例，需获得的是舵面位置与作动器活塞运动位置的关系，如图8所示。

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图8 舵面位置与作动器活塞运动位置的关系

可见，一旦约束完成后，即可使用DMU模块，方便地对机构中需分析的部分进行仿真。

3. DMU模块运动机构分析应用实例

在ARJ21-700型客机104架机总装过程中，发现脚蹬及方向舵模块安装支架存在不同程度的尺寸偏移，其中，两侧脚蹬支架的轴线未完全平行，呈八字形扭曲，其后端实际间距比理论间距短了7mm，如图9所示，而方向舵模块支架上的三个接头则整体向飞机的左侧偏移达1.5mm，如图10所示。

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图9 脚蹬支架呈八字形变形

图10 方向舵模块支架上接头向左侧偏移1.5mm

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由此，脚蹬及方向舵模块的安装位置将发生变化，由此可能导致脚蹬与方向舵模块摇臂之间所遵循的机构运动关系发生改变，从而不符合设计要求。针对此故障，可运用DMU模块仿真分析，获得脚蹬、方向舵模块在真确及错误的安装位置时机构运动关系的变化。

图11为脚蹬及方向舵模块的3维数模，经过DMU模块仿真分析，可得出，在理论的安装位置，当左右脚蹬蹬杆分别向前转动8.4度，方向舵模块的摇臂转动角度29.70度和-29.36度，符合脚蹬蹬杆转动8.4±1度，方向舵模块的摇臂转动30±1度的设计要求，如图12、图13所示。

图11 脚蹬及方向舵模块

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图12理论安装位置，左脚脚蹬蹬杆向前至8.4度时方向舵模块摇臂位置

图13理论安装位置，右脚脚蹬蹬杆向前至8.4度时方向舵模块摇臂位置

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这时，重新定义数模，按104架机实际的支架位置安装脚蹬及方向舵模块，并再次使用DMU模块仿真分析：当左右脚蹬蹬杆分别向前转动8.4度，方向舵模块的摇臂转动角度29.66度和-29.41度，仍然符合脚蹬蹬杆转动8.4±1度，方向舵模块的摇臂转动30±1度的设计要求，如图14、图15所示。

图14实际安装位置，左脚脚蹬蹬杆向前至8.4度时方向舵模块摇臂位置

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图15实际安装位置，右脚脚蹬蹬杆向前至8.4度时方向舵模块摇臂位置

经过对比后发现，尽管由于支架存在一定偏差，导致脚蹬与方向舵模块之间的位置发生一定改变，但由此造成的机构运动关系的改变微乎其微，故针对104架机脚蹬与方向舵模块安装的问题，原样安装、或是有控制尺寸的安装是可接受的，最终，设计的处理意见是在控制脚蹬安装的部分尺寸要求下，原样接受支架的安装偏差。

4. 结论

使用DMU模块适用于飞机飞控系统各运动机构的仿真分析，能够为设 …… 此处隐藏：1856字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……