在登机门多体动力学分析中MotionView的应用

1 概述

　　随着科技的发展，在虚拟样机仿真领域，基于多体动力学理论开发的仿真分析软件功能日趋完美。虚拟样机技术应用方针软件能够使用程序准确的模拟真实的机械系统，并能够精确计算出运动过程中的各种运动副上力和力矩的大小，为结构强度和疲劳提供参考，避免了传统的产品开发过程中零部件和样机的反复制造、试验等过程。其中，Altair公司的MotionView就是一个代表，得到了用户的广泛认可。本文采用MotionView建立登机门运动仿真模型，得到运动副、挡块和作动筒上的力和力矩，为分析登机门门开启力和作动筒提升力的设计以及关键部件强度提供设计依据。

　　2 模型的建立

　　2.1 登机门结构的描述

　　图1所示的登机门为门梯合一式，位于机身左侧7框～9框之间的地板上侧，出口尺寸1580 mm× 760 mm (62.205 in×29.921 in)。门梯合一登机门主要由登机门提升机构、登机门锁定机构、登机梯结构、登机门门体结构及登机门液压操纵系统等组成，各个系统部件之间既有普通铰链也有多种高副连接关系。舱门为内、外蒙皮及隔板组成的铆接结构，门四周有一圈密封胶管，即密封带，门内部装有门的门闩锁操纵机构。操纵机构由内手柄和带钥匙锁的外手柄、摇臂、连杆、锁定机构及液压操纵系统等组成。

　　图1 某型飞机登机门展开结构图

　　2.2 登机门模型的建立

　　在建立运动学模型之前，需要获取模型的一些建模所需的输入数据，获取的方法有参考样机试验法、图纸查阅法、计算法、CAD建模法。本文采用CAD建模法，利用Catia软件建立登机门的三维电子样机，附之材料属性。利用Catia软件自带的测量每个零部件的质量、质心坐标以及运动副的位置点坐标;驱动缸的驱动力由实验测试数据得到(见图2);弹簧刚度由设计图纸得到，而预载则安装角度和压缩长度通过计算方法得到;模型外形由Catia模型直接导入得到;轴瓦铁和铜构成在模型中处理成衬套元素，根据资料预估各方向刚度和摩擦系数。

　　图2 作动筒驱动力曲线

　　最终建立的多体动力学模型(图3)中共有36个运动体，44普通铰链，4个点到曲线的高副铰链，两个运动驱动和1个齿轮副，7个弹簧阻尼元素，21个力定义以及1个控制运动过程的触发器Sensor。整个模型仿真时间定为22秒，0-4秒是插销锁解锁和门结构提升过程，4-10秒是门和梯子一起翻转打开过程，10-17.5秒是门和梯子一起翻转收起过程，17.5-21.5秒是门收起结构到位和插销锁锁上过程。

　　图3 登机门多体动力学模型

　　2.3 模型的验证

　　模型完成后首先需要检查模型的正确性，目的是为了确保模型与被模拟的登机门有同样的运动。通过对比仿真和实验结果测量得到的门运动轨迹(见图4图5结果)，挡块的相对位置、梯子和翻板的下翻情况等是否合理，确保模型与样机的一致性。

　　图4 机门运动位移变化

　　图5 机门测量点运动轨迹图

　　3 结果评价及改进

　　在机门开启阶段最主要的评价参数是开启机门所需要的内手柄力，在设计规范中对这个力的最大值和变化过程都有一定的规范要求，通过仿真分析得出了手柄力的变化曲线(见图6)，从结果可以看出手柄力最大值和变化趋势满足设计要求。

　　图6 开启阶段手柄力的变化曲线

　　在机门关闭阶段最主要的评价标准是作动筒的驱动力能否带动机门机构自动收起，减少最好能避免人员手动推动门关闭的关闭动作，实现机门的自动回收过程，但同时又要避免驱动力过大造成门关闭时冲击过大，进而造成关门噪音过大。初始设计的驱动力太小，机门无法自动回收，通过仿真模型找到了合适的驱动力大小，图7是优化前后力的对比曲线，通过实验验证发现仿真结果是可行的。

　　图7 关闭阶段作动筒提升力变化曲线

　　4 结论

　　通过本文的仿真模拟，可以看出MotionView具有强大的模拟运动的功能，可以提供运动副上的力和力矩曲线，能够提高设计者的工作效率。后续工作将考虑部件柔性变形对机构的影响，进行登机门设计参数的灵敏度分析，找出影响机门开启和关闭的关键设计参数并对其进行优化设计，最后将根据得出的部件受力进行部件强度的验算。