某型飛機主起落架可折機構裝配調整量計算系統研究

田俊 潘浩 潘平遜/凌云科技集團有限責任公司

0 引言

某型飛機主起落架通過可折撐桿的收放來實現主起落架機構的收放。該撐桿是一個具有特定運動屬性的空間連桿機構，其展開時形成的向上撓度是保證主起落架可靠收放的關鍵指標。在大修裝配時，需通過調節齒板扣齒長度將可折撐桿向上撓度調整到規定的范圍。由于缺少計算方法，在實際維修時只能采用傳統的“裝配-測量-拆卸-返回修理車間調試”循環迭代方式來完成，導致維修時間不穩定，制約了產品交付。因此，需要一種能夠在主起落架裝配前根據零部件真實狀態準確計算機構撓度和反求齒板調節量的方法。

1 建立主起落架數字樣機

1.1 機構運動學簡析

對該機型主起落架收放機構進行適當簡化，得到圖1 所示收放機構運動簡圖。圖中1 桿為減振支柱，2 桿為下側撐桿，3 桿為上側撐桿，4 為安裝位置。當起落架收起時，鉸鏈點C 將向上運動。對于空間連桿機構，已知輸出端的位置參數，求解從輸入端到各個關節的位置和狀態參數，屬于機構的位置逆解問題，該起落架裝配過程中齒板調節量的分析就屬于此類機構位置逆解問題，主要有圖解法和解析法[1]。采用解析法并借助三維模型，可得到機構整個運動循環的運動學特性，即為不同尺寸的裝配狀態。建立主起落架桿系坐標系，將各構件表示為桿矢，各構件桿矢的方位角均由X 軸正向開始，沿逆時針方向計量為正，該機構的封閉矢量方程 為

利用歐拉公式 將上式的實部和虛部分開，得

解該方程組，可求得以θ1為自變量的函數θ2和θ3，其中θ4為常數。對各參數在取值范圍內進行數值計算，通過擬合分析可得到該機構各參數與裝配要求之間的數學關系。

圖1 主起落架機構運動分析圖

1.2 建立主起落架數字樣機

明確主起落架工作原理和結構形式，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、機輪、穩定緩沖器等部件的三維模型。按運動機構分組裝配，建立主起落架三維數字樣機（見圖2）。采用三維建模軟件運動仿真分析模塊，驅動活塞運動副實現收放運動仿真，通過運動過程干涉檢查，驗證樣機結構的正確性，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 主起落架三維數字樣機

圖3 起落架收放運動仿真

基于主起落架數字樣機，根據機構運動學原理，從數字樣機中提取出主起落架機構裝配位置分析模型（見圖4）。

1）定義主要變量：調節支臂軸心距l1、前撐桿軸心距l2、斜撐桿軸心距l3。

2）自變量變化范圍：

3）目標函數：4.0mm ≤可折撐桿向上撓度h≤5.3mm。

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

2.2 數字樣機二次開發

圖4 基于機構運動學建立裝配位置分析模型

利用三維軟件提供的二次開發接口，使用宏命令對數字樣機中數據進行輸入、處理和可選參數的實時完整性處理，并利用VBA 程序開發數據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與數字樣機中三維模型對應的形位尺寸進行數據關聯，不僅從數字樣機中提取數據用于運動分析計算，而且實現了將程序結果作為控制參數反饋于數字樣機進行裝配狀態仿真。利用參數化程序研究各參數與關鍵裝配指標的關系，通過模擬試驗數據的分析，對分析數據進行擬合分析算法得到回歸的函數解析式，為后續的調整控制規律提供理論依據。數據關聯如圖5 所示。

3 基于運動仿真的運動機構參數影響研究

3.1 調節支臂軸心距l1 與撐桿向上撓度h關系

保持前撐桿軸心距l2和斜撐桿軸心距l3不變，仿真計算調節支臂軸心距l1為不同數值時對應的撐桿向上撓度h，如圖6a）所示。對仿真計算結果采用h=al1+b擬合h=f（l1）函數，通過最小二乘法得到a=-1.1751，b=428.825，計算結果見圖6b）。

圖5 分析模型與數字樣機的數據關聯

圖6 調節支臂軸心距l1與撓度h關系

3.2 前撐桿軸心距l2 與撐桿向上撓度h關系

保持調節支臂軸心距l1和斜撐桿軸心距l3不變，仿真計算前撐桿軸心距l2為不同數值時對應的撐桿向上撓度h，如圖7a）所示。對仿真計算結果采用h=al2+b擬合h=f（l2）函數，通過最小二 乘 法 得 到a=-0.5243，b=337.0593，計算結果見圖7b）。

3.3 斜撐桿軸心距l3 與撐桿向上撓度h關系

保持調節支臂軸心距l1和前撐桿軸心距l2不變，仿真計算斜撐桿軸心距l3為不同數值時對應的撐桿向上撓度h，如圖8a）所示。對仿真計算結果采用h=al3+b擬合h=f（l3）函數，通過最小二 乘 法 得 到a=-0.5161，b=315.7913，計算結果見圖8b）。

4 應用程序開發與工程驗證

4.1 應用開發

基于裝配位置函數，根據裝配現場測量值計算出滿足裝配要求的調整值。結合裝配現場應用場景設計的計算程序邏輯如圖9 所示，程序交互界面如圖10 所示。

1）現場測量主起落架前撐桿軸心距l2、斜撐桿兩端軸心距l3。

2）將l2和l3測量值輸入數字樣機，對主起落架數字樣機實時更新。

3）根據調節支臂軸心距l1與可折撐桿向上撓度h的函數關系，求得滿足h要求的l1數值。

4）將l1計算值輸入數字樣機，更新樣機狀態，讀取可折撐桿中心距l0等維修工作卡中需記錄的數據。

4.2 工程驗證

根據現場所測l2=635.0mm 和l3= 603.1mm，運行裝配位置計算程序，計算 當l1在361.044 ～-362.148mm 范 圍內時是否滿足可折撐桿向上撓度h在4 ～-5.3mm 范圍內。根據計算結果，在安裝現場將調節支臂調節到l1=361.5mm時，可折撐桿向上撓度h=4.7mm，滿足裝配要求，從而驗證了主起落架裝配數字樣機系統能有效地開展裝配分析和縮短調試時間。該裝配型架數字樣機技術可應用于該型飛機主起落架安裝，該技術方案可推廣至其他機型主起落架裝配撓度的調整分析。

圖7 前撐桿軸心距l2與撓度h關系

圖8 斜撐桿軸心距l3與撓度h關系

圖9 程序算法邏輯

圖10 應用程序交互界面

5 總結

針對某型機主起落架在裝配時可折撐桿向上撓度反復調試的問題，開展數字化輔助修理技術研究，確定產品裝配準確、便捷的計算方法，明確調節支臂的范圍，研發了一套便于技術人員操作的應用程序，可自動計算調節支臂的長度范圍。該主起落架裝配數字樣機系統可以有效輔助主起落架裝配校準和調整工作，減少拆裝次數，縮短調試時間，提高維修效率。