1 概述

　　隨著科技的發(fā)展，在虛擬樣機(jī)仿真領(lǐng)域，基于多體動力學(xué)理論開發(fā)的仿真分析軟件功能日趨完美。虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用方針軟件能夠使用程序準(zhǔn)確的模擬真實的機(jī)械系統(tǒng)，并能夠精確計算出運動過程中的各種運動副上力和力矩的大小，為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞提供參考，避免了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程中零部件和樣機(jī)的反復(fù)制造、試驗等過程。其中，Altair公司的MotionView就是一個代表，得到了用戶的廣泛認(rèn)可。本文采用MotionView建立登機(jī)門運動仿真模型，得到運動副、擋塊和作動筒上的力和力矩，為分析登機(jī)門門開啟力和作動筒提升力的設(shè)計以及關(guān)鍵部件強(qiáng)度提供設(shè)計依據(jù)。

　　2 模型的建立

　　2.1 登機(jī)門結(jié)構(gòu)的描述

　　圖1所示的登機(jī)門為門梯合一式，位于機(jī)身左側(cè)7框～9框之間的地板上側(cè)，出口尺寸1580 mm× 760 mm (62.205 in×29.921 in)。門梯合一登機(jī)門主要由登機(jī)門提升機(jī)構(gòu)、登機(jī)門鎖定機(jī)構(gòu)、登機(jī)梯結(jié)構(gòu)、登機(jī)門門體結(jié)構(gòu)及登機(jī)門液壓操縱系統(tǒng)等組成，各個系統(tǒng)部件之間既有普通鉸鏈也有多種高副連接關(guān)系。艙門為內(nèi)、外蒙皮及隔板組成的鉚接結(jié)構(gòu)，門四周有一圈密封膠管，即密封帶，門內(nèi)部裝有門的門閂鎖操縱機(jī)構(gòu)。操縱機(jī)構(gòu)由內(nèi)手柄和帶鑰匙鎖的外手柄、搖臂、連桿、鎖定機(jī)構(gòu)及液壓操縱系統(tǒng)等組成。

　　圖1 某型飛機(jī)登機(jī)門展開結(jié)構(gòu)圖

　　2.2 登機(jī)門模型的建立

　　在建立運動學(xué)模型之前，需要獲取模型的一些建模所需的輸入數(shù)據(jù)，獲取的方法有參考樣機(jī)試驗法、圖紙查閱法、計算法、CAD建模法。本文采用CAD建模法，利用Catia軟件建立登機(jī)門的三維電子樣機(jī)，附之材料屬性。利用Catia軟件自帶的測量每個零部件的質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)以及運動副的位置點坐標(biāo);驅(qū)動缸的驅(qū)動力由實驗測試數(shù)據(jù)得到(見圖2);彈簧剛度由設(shè)計圖紙得到，而預(yù)載則安裝角度和壓縮長度通過計算方法得到;模型外形由Catia模型直接導(dǎo)入得到;軸瓦鐵和銅構(gòu)成在模型中處理成襯套元素，根據(jù)資料預(yù)估各方向剛度和摩擦系數(shù)。

　　圖2 作動筒驅(qū)動力曲線

　　最終建立的多體動力學(xué)模型(圖3)中共有36個運動體，44普通鉸鏈，4個點到曲線的高副鉸鏈，兩個運動驅(qū)動和1個齒輪副，7個彈簧阻尼元素，21個力定義以及1個控制運動過程的觸發(fā)器Sensor。整個模型仿真時間定為22秒，0-4秒是插銷鎖解鎖和門結(jié)構(gòu)提升過程，4-10秒是門和梯子一起翻轉(zhuǎn)打開過程，10-17.5秒是門和梯子一起翻轉(zhuǎn)收起過程，17.5-21.5秒是門收起結(jié)構(gòu)到位和插銷鎖鎖上過程。

　　圖3 登機(jī)門多體動力學(xué)模型

　　2.3 模型的驗證

　　模型完成后首先需要檢查模型的正確性，目的是為了確保模型與被模擬的登機(jī)門有同樣的運動。通過對比仿真和實驗結(jié)果測量得到的門運動軌跡(見圖4圖5結(jié)果)，擋塊的相對位置、梯子和翻板的下翻情況等是否合理，確保模型與樣機(jī)的一致性。

　　圖4 機(jī)門運動位移變化

　　圖5 機(jī)門測量點運動軌跡圖

　　3 結(jié)果評價及改進(jìn)

　　在機(jī)門開啟階段最主要的評價參數(shù)是開啟機(jī)門所需要的內(nèi)手柄力，在設(shè)計規(guī)范中對這個力的最大值和變化過程都有一定的規(guī)范要求，通過仿真分析得出了手柄力的變化曲線(見圖6)，從結(jié)果可以看出手柄力最大值和變化趨勢滿足設(shè)計要求。

　　圖6 開啟階段手柄力的變化曲線

　　在機(jī)門關(guān)閉階段最主要的評價標(biāo)準(zhǔn)是作動筒的驅(qū)動力能否帶動機(jī)門機(jī)構(gòu)自動收起，減少最好能避免人員手動推動門關(guān)閉的關(guān)閉動作，實現(xiàn)機(jī)門的自動回收過程，但同時又要避免驅(qū)動力過大造成門關(guān)閉時沖擊過大，進(jìn)而造成關(guān)門噪音過大。初始設(shè)計的驅(qū)動力太小，機(jī)門無法自動回收，通過仿真模型找到了合適的驅(qū)動力大小，圖7是優(yōu)化前后力的對比曲線，通過實驗驗證發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果是可行的。

　　圖7 關(guān)閉階段作動筒提升力變化曲線

　　4 結(jié)論

　　通過本文的仿真模擬，可以看出MotionView具有強(qiáng)大的模擬運動的功能，可以提供運動副上的力和力矩曲線，能夠提高設(shè)計者的工作效率。后續(xù)工作將考慮部件柔性變形對機(jī)構(gòu)的影響，進(jìn)行登機(jī)門設(shè)計參數(shù)的靈敏度分析，找出影響機(jī)門開啟和關(guān)閉的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)并對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最后將根據(jù)得出的部件受力進(jìn)行部件強(qiáng)度的驗算。