运动机构运动学和动力学仿真分析模型

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1、飞机内襟翼运动机构多体动力学仿真分析模型王慧喻天翔崔卫民宋笔锋（西北工业大学航空学院西安，710072）摘要：本文在LMSVirtual.LabMotion平台上建立了几种飞机内襟翼运动机构多体运动学和动力学仿真分析模式，通过对比全刚性体仿真模型、基于滑轨柔性体仿真模型、基于襟翼柔性体仿真模型以及滑轨和襟翼均为柔性体仿真模型的分析结果，意在说明对飞机内襟翼等大型复杂运动结构建立多体动力学仿真模型的流程及方法，为下一步进行大型复杂运动机构运动学及动力学可靠性的分析和探讨提供计算仿真模型的依据。关键词：内襟翼；多体动力学；仿真；VirtualMotion1、概述由于运动机构不

2、仅要承受和传递载荷，而且还必须完成相应的运动功能，使得机构可靠性问题更具有特殊性，研究难度更大，是目前机械可靠性领域的一个薄弱环节。一些大型复杂运动机构如襟缝翼运动机构、起落架收放机构等与飞机的安全性有着密切的关系，在其寿命周期内安全可靠地工作是飞机安全性分析与设计中必须要考虑的关键问题。对于大型飞机上的复杂运动机构，有着复杂载荷环境和结构特性，例如民机的襟翼与滑轨等的支撑机构都固定在机翼上，在飞行过程中，机翼、襟翼和滑轨的变形量都很大（特别对于大型飞机，例如伊尔76的翼尖的最大变形达到1m，某襟翼滑轨的最大变形达到20cm），因此，必须要考虑各种复杂的非线性因素、柔性因

3、素和边界与结合部效应等因素，才能建立更符合工程实际的机构运动学和动力学计算机仿真模型。同时这也是大型复杂运动机构概率分析的基础。基于此本文拟针对某内襟翼运动机构，考虑其刚柔耦合特性，在LMSVirtual.Lab平台上建立多体动力学运动学和动力学的仿真模型，通过探讨对复杂运动机构的建模处理模式，为进一步进行复杂运动机构概率分析方法研究提供依据。2、内襟翼连接关系和边界条件分析在LMSVirtual.LabMotion平台上将内襟翼CATIACAD模型进行转换，使得该模型包含多个part部分，重新装配这些部件以便进行运动学及动力学仿真。这些部件分别为：滑轮架整体、滑轨和襟翼

4、整体、滑轮架上下各4个滚轮以及侧面沿滑轨移动方向各1个滚轮。同时，为了更加合理的描述内襟翼的边界条件，增加了螺旋作动器机构，该机构由丝杠和螺旋作动筒组成。在LMSVirtual.LabMotion平台上给定各个部件的连接关系和边界条件：1.机身与螺旋作动器机构1：螺旋作动器1通过一个转动副（RevoluteJoint）铰接在机身上。2.螺旋作动器机构1与滑轨和襟翼的接头：将螺旋作动器机构1中的作动筒与滑轨和襟翼的接头采用一个转动副（RevoluteJoint）进行连接。在螺旋作动器机构内部，作动器通过一个旋转副（RevoluteJoint）与丝杠进行连接；丝杠与作动筒之间

5、的连接采用转动副（screwjiont），这样，丝杠受到一个铰链驱动使得作动筒向前运动，从而带动滑轨运动。3.滑轨与滚轮：滑轨在运动过程中与滚轮产生接触，针对不同的处理模型，滑轨与滚轮之间采用不同的接触模型。4.滚轮与滑轨架：8个滚轮与滑轨架各自通过一个转动副（RevoluteJoint）与滑轨架进行连接。每个滚轮在受到来自滑轨运动时产生的接触力后能绕各自的转动副发生转动，滚轮的主要目的是为了保证滑轨的运动方向，滚轮之间的相互距离对滑轨的运动过程有一定影响，因此在模型中考虑滚轮间距的作用。5.滑轨架与机身：滑轨架固定了机身上，滑轨架部件的定义中Fixtoground设置为

6、true。6.滑轨与襟翼：滑轨与襟翼中间通过两个接头进行连接，在全刚体模型中，滑轨与襟翼视为一个part，但处理过程中将滑轨与襟翼进行分割，主要为了方便对滑轨和襟翼物理模型进行不同方式的处理，滑轨与襟翼之间采用固接（Bracketjoint）。7.机身与螺旋作动器机构2：如同螺旋作动器机构1，将螺旋作动器2通过一个转动副（RevoluteJoint）铰接在机身上。8.螺旋作动器机构2与襟翼：将螺旋作动器机构2中的作动筒与滑轨采用一个转动副（RevoluteJoint）进行连接，螺旋作动器机构2的工作原理如机构1，通过丝杆运动驱动襟翼运动。9.襟翼与机身：襟翼通过一个转动副

7、（RevoluteJoint）铰接在机身上，飞机在飞行过程中，由于受到气流等时变因素的影响，使得飞机襟翼位置也会随时间发生变化，因此转动副的位置在模拟过程中应该随时间发生变化。在模拟过程中，整个襟翼运动机构的运动由丝杠的运动进行驱动，在运动过程中还受到丝杠摩擦力，滚轮和滑轨之间的接触力，襟翼上的气动力等力的作用。模型中的驱动设置采用JointPositionDriver对丝杠与螺旋作动器之间的转动副施加驱动力，设置为匀速转动，转速120转/分钟，作动筒前进6mm/每转。此外，丝杠摩擦力，滚轮和滑轨之间的接触力，襟翼上的气动力随