田俊 潘浩 潘平遜/凌云科技集團(tuán)有限責(zé)任公司

0 引言

某型飛機(jī)主起落架通過可折撐桿的收放來實(shí)現(xiàn)主起落架機(jī)構(gòu)的收放。該撐桿是一個(gè)具有特定運(yùn)動屬性的空間連桿機(jī)構(gòu)，其展開時(shí)形成的向上撓度是保證主起落架可靠收放的關(guān)鍵指標(biāo)。在大修裝配時(shí)，需通過調(diào)節(jié)齒板扣齒長度將可折撐桿向上撓度調(diào)整到規(guī)定的范圍。由于缺少計(jì)算方法，在實(shí)際維修時(shí)只能采用傳統(tǒng)的“裝配-測量-拆卸-返回修理車間調(diào)試”循環(huán)迭代方式來完成，導(dǎo)致維修時(shí)間不穩(wěn)定，制約了產(chǎn)品交付。因此，需要一種能夠在主起落架裝配前根據(jù)零部件真實(shí)狀態(tài)準(zhǔn)確計(jì)算機(jī)構(gòu)撓度和反求齒板調(diào)節(jié)量的方法。

1 建立主起落架數(shù)字樣機(jī)

1.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)簡析

對該機(jī)型主起落架收放機(jī)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)簡化，得到圖1 所示收放機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。圖中1 桿為減振支柱，2 桿為下側(cè)撐桿，3 桿為上側(cè)撐桿，4 為安裝位置。當(dāng)起落架收起時(shí)，鉸鏈點(diǎn)C 將向上運(yùn)動。對于空間連桿機(jī)構(gòu)，已知輸出端的位置參數(shù)，求解從輸入端到各個(gè)關(guān)節(jié)的位置和狀態(tài)參數(shù)，屬于機(jī)構(gòu)的位置逆解問題，該起落架裝配過程中齒板調(diào)節(jié)量的分析就屬于此類機(jī)構(gòu)位置逆解問題，主要有圖解法和解析法[1]。采用解析法并借助三維模型，可得到機(jī)構(gòu)整個(gè)運(yùn)動循環(huán)的運(yùn)動學(xué)特性，即為不同尺寸的裝配狀態(tài)。建立主起落架桿系坐標(biāo)系，將各構(gòu)件表示為桿矢，各構(gòu)件桿矢的方位角均由X 軸正向開始，沿逆時(shí)針方向計(jì)量為正，該機(jī)構(gòu)的封閉矢量方程 為

利用歐拉公式 將上式的實(shí)部和虛部分開，得

解該方程組，可求得以θ1為自變量的函數(shù)θ2和θ3，其中θ4為常數(shù)。對各參數(shù)在取值范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，通過擬合分析可得到該機(jī)構(gòu)各參數(shù)與裝配要求之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

圖1 主起落架機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析圖

1.2 建立主起落架數(shù)字樣機(jī)

明確主起落架工作原理和結(jié)構(gòu)形式，建立包括主起落架緩沖支柱、帶鎖可折撐桿、主起落架收放作動筒、機(jī)輪、穩(wěn)定緩沖器等部件的三維模型。按運(yùn)動機(jī)構(gòu)分組裝配，建立主起落架三維數(shù)字樣機(jī)（見圖2）。采用三維建模軟件運(yùn)動仿真分析模塊，驅(qū)動活塞運(yùn)動副實(shí)現(xiàn)收放運(yùn)動仿真，通過運(yùn)動過程干涉檢查，驗(yàn)證樣機(jī)結(jié)構(gòu)的正確性，如圖3 所 示。

2 建立裝配位置分析模型

2.1 建立裝配位置分析模型

圖2 主起落架三維數(shù)字樣機(jī)

圖3 起落架收放運(yùn)動仿真

基于主起落架數(shù)字樣機(jī)，根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)原理，從數(shù)字樣機(jī)中提取出主起落架機(jī)構(gòu)裝配位置分析模型（見圖4）。

1）定義主要變量：調(diào)節(jié)支臂軸心距l(xiāng)1、前撐桿軸心距l(xiāng)2、斜撐桿軸心距l(xiāng)3。

2）自變量變化范圍：

3）目標(biāo)函數(shù)：4.0mm ≤可折撐桿向上撓度h≤5.3mm。

4）約束條件：邊界固定、機(jī)身固定位置對接（與真實(shí)型架保持一致）；滿足零部件裝配關(guān)系。

2.2 數(shù)字樣機(jī)二次開發(fā)

圖4 基于機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)建立裝配位置分析模型

利用三維軟件提供的二次開發(fā)接口，使用宏命令對數(shù)字樣機(jī)中數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理和可選參數(shù)的實(shí)時(shí)完整性處理，并利用VBA 程序開發(fā)數(shù)據(jù)讀取和輸入交互圖形界面[2-3]。編寫的VBA 程序，將裝配體位置分析模型中的各參數(shù)與數(shù)字樣機(jī)中三維模型對應(yīng)的形位尺寸進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，不僅從數(shù)字樣機(jī)中提取數(shù)據(jù)用于運(yùn)動分析計(jì)算，而且實(shí)現(xiàn)了將程序結(jié)果作為控制參數(shù)反饋于數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行裝配狀態(tài)仿真。利用參數(shù)化程序研究各參數(shù)與關(guān)鍵裝配指標(biāo)的關(guān)系，通過模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，對分析數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析算法得到回歸的函數(shù)解析式，為后續(xù)的調(diào)整控制規(guī)律提供理論依據(jù)。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)如圖5 所示。

3 基于運(yùn)動仿真的運(yùn)動機(jī)構(gòu)參數(shù)影響研究

3.1 調(diào)節(jié)支臂軸心距l(xiāng)1 與撐桿向上撓度h關(guān)系

保持前撐桿軸心距l(xiāng)2和斜撐桿軸心距l(xiāng)3不變，仿真計(jì)算調(diào)節(jié)支臂軸心距l(xiāng)1為不同數(shù)值時(shí)對應(yīng)的撐桿向上撓度h，如圖6a）所示。對仿真計(jì)算結(jié)果采用h=al1+b擬合h=f（l1）函數(shù)，通過最小二乘法得到a=-1.1751，b=428.825，計(jì)算結(jié)果見圖6b）。

圖5 分析模型與數(shù)字樣機(jī)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

圖6 調(diào)節(jié)支臂軸心距l(xiāng)1與撓度h關(guān)系

3.2 前撐桿軸心距l(xiāng)2 與撐桿向上撓度h關(guān)系

保持調(diào)節(jié)支臂軸心距l(xiāng)1和斜撐桿軸心距l(xiāng)3不變，仿真計(jì)算前撐桿軸心距l(xiāng)2為不同數(shù)值時(shí)對應(yīng)的撐桿向上撓度h，如圖7a）所示。對仿真計(jì)算結(jié)果采用h=al2+b擬合h=f（l2）函數(shù)，通過最小二 乘 法 得 到a=-0.5243，b=337.0593，計(jì)算結(jié)果見圖7b）。

3.3 斜撐桿軸心距l(xiāng)3 與撐桿向上撓度h關(guān)系

保持調(diào)節(jié)支臂軸心距l(xiāng)1和前撐桿軸心距l(xiāng)2不變，仿真計(jì)算斜撐桿軸心距l(xiāng)3為不同數(shù)值時(shí)對應(yīng)的撐桿向上撓度h，如圖8a）所示。對仿真計(jì)算結(jié)果采用h=al3+b擬合h=f（l3）函數(shù)，通過最小二 乘 法 得 到a=-0.5161，b=315.7913，計(jì)算結(jié)果見圖8b）。

4 應(yīng)用程序開發(fā)與工程驗(yàn)證

4.1 應(yīng)用開發(fā)

基于裝配位置函數(shù)，根據(jù)裝配現(xiàn)場測量值計(jì)算出滿足裝配要求的調(diào)整值。結(jié)合裝配現(xiàn)場應(yīng)用場景設(shè)計(jì)的計(jì)算程序邏輯如圖9 所示，程序交互界面如圖10 所示。

1）現(xiàn)場測量主起落架前撐桿軸心距l(xiāng)2、斜撐桿兩端軸心距l(xiāng)3。

2）將l2和l3測量值輸入數(shù)字樣機(jī)，對主起落架數(shù)字樣機(jī)實(shí)時(shí)更新。

3）根據(jù)調(diào)節(jié)支臂軸心距l(xiāng)1與可折撐桿向上撓度h的函數(shù)關(guān)系，求得滿足h要求的l1數(shù)值。

4）將l1計(jì)算值輸入數(shù)字樣機(jī)，更新樣機(jī)狀態(tài)，讀取可折撐桿中心距l(xiāng)0等維修工作卡中需記錄的數(shù)據(jù)。

4.2 工程驗(yàn)證

根據(jù)現(xiàn)場所測l2=635.0mm 和l3= 603.1mm，運(yùn)行裝配位置計(jì)算程序，計(jì)算 當(dāng)l1在361.044 ～-362.148mm 范 圍內(nèi)時(shí)是否滿足可折撐桿向上撓度h在4 ～-5.3mm 范圍內(nèi)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在安裝現(xiàn)場將調(diào)節(jié)支臂調(diào)節(jié)到l1=361.5mm時(shí)，可折撐桿向上撓度h=4.7mm，滿足裝配要求，從而驗(yàn)證了主起落架裝配數(shù)字樣機(jī)系統(tǒng)能有效地開展裝配分析和縮短調(diào)試時(shí)間。該裝配型架數(shù)字樣機(jī)技術(shù)可應(yīng)用于該型飛機(jī)主起落架安裝，該技術(shù)方案可推廣至其他機(jī)型主起落架裝配撓度的調(diào)整分析。

圖7 前撐桿軸心距l(xiāng)2與撓度h關(guān)系

圖8 斜撐桿軸心距l(xiāng)3與撓度h關(guān)系

圖9 程序算法邏輯

圖10 應(yīng)用程序交互界面

5 總結(jié)

針對某型機(jī)主起落架在裝配時(shí)可折撐桿向上撓度反復(fù)調(diào)試的問題，開展數(shù)字化輔助修理技術(shù)研究，確定產(chǎn)品裝配準(zhǔn)確、便捷的計(jì)算方法，明確調(diào)節(jié)支臂的范圍，研發(fā)了一套便于技術(shù)人員操作的應(yīng)用程序，可自動計(jì)算調(diào)節(jié)支臂的長度范圍。該主起落架裝配數(shù)字樣機(jī)系統(tǒng)可以有效輔助主起落架裝配校準(zhǔn)和調(diào)整工作，減少拆裝次數(shù)，縮短調(diào)試時(shí)間，提高維修效率。