利用CATIA運(yùn)動(dòng)仿真模塊(DMU Kinematics)可對(duì)已裝配好的三維數(shù)模進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)仿真。用戶可依照運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，通過該模塊提供的各種接頭(Joint)創(chuàng)建約束自由度建立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)軌跡。通過測(cè)試飛機(jī)舵面運(yùn)動(dòng)角度的實(shí)例，說明該模塊在測(cè)試傳感器量程選擇、測(cè)試傳感器安裝支架設(shè)計(jì)等方面的應(yīng)用。最后，利用運(yùn)動(dòng)仿真驗(yàn)證整個(gè)測(cè)試過程的合理性。

1、引言

　　由于飛機(jī)在地面模擬試驗(yàn)中需要測(cè)試的對(duì)象類型很多，所測(cè)的物理量也不盡相同，包括位移、角度、溫度、力等參數(shù)。因此，測(cè)試所需的傳感器類型也很多，例如：角位移傳感器(RVDT)、線位移傳感器(LVDT)、拉繩傳感器等。數(shù)采系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的優(yōu)劣不僅與傳感器本身的性能、精度等指標(biāo)有關(guān)，還與安裝傳感器的支架有密切的關(guān)系。由于傳感器的類型不同，所以需要設(shè)計(jì)各種符合它們測(cè)試和安裝要求的支架。飛機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架本身比較龐大和復(fù)雜，且又安裝了飛控、液壓等系統(tǒng)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)部分傳感器安裝支架時(shí)存在安裝空間狹小以及支架本身需滿足復(fù)雜機(jī)械運(yùn)動(dòng)要求等問題。利用CATIA 軟件來設(shè)計(jì)這些安裝支架，并將裝配好的數(shù)模利用該軟件的運(yùn)動(dòng)仿真模塊按系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)原理進(jìn)行全行程的仿真，不僅可以驗(yàn)證安裝支架的設(shè)計(jì)是否合理，還可驗(yàn)證傳感器行程選擇是否滿足測(cè)試要求。

2、總體思路

　　一般來說，利用CATIA 軟件設(shè)計(jì)測(cè)試傳感器安裝支架分為以下幾步：

　　1) 首先，根據(jù)測(cè)試要求以及飛機(jī)系統(tǒng)件、結(jié)構(gòu)件在試驗(yàn)臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，同時(shí)結(jié)合傳感器自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的安裝支架。

　　2) 其次，將設(shè)計(jì)好的安裝支架按測(cè)試要求裝配到被測(cè)位置上，并檢查其與飛機(jī)系統(tǒng)件、結(jié)構(gòu)件是否發(fā)生干涉現(xiàn)象(即結(jié)構(gòu)上相碰)。

　　3) 最后，將傳感器的三維數(shù)模也同時(shí)裝配到所設(shè)計(jì)的安裝支架上，并利用CATIA 軟件的運(yùn)動(dòng)仿真模塊按照系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)原理進(jìn)行三維數(shù)模的運(yùn)動(dòng)仿真，并在該過程中檢查是否有數(shù)模發(fā)生干涉現(xiàn)象，同時(shí)檢查傳感器量程是否滿足測(cè)試對(duì)象的要求。

3、CATIA 運(yùn)動(dòng)仿真模塊的應(yīng)用

　　3.1、CATIA 軟件運(yùn)動(dòng)仿真模塊功能簡(jiǎn)介

　　隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)CAD/CAE/CAM 的日益發(fā)展和成熟，其應(yīng)用范圍也越來越廣。由法國達(dá)索公司(Dassault System)推出的CATIA 高級(jí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和分析軟件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、造船和電子設(shè)備等行業(yè)。它作為一個(gè)CAD/CAE/CAM 一體化的集成軟件，除了強(qiáng)大的三維實(shí)體造型功能外，還能夠直觀、準(zhǔn)確反映零件、組件(構(gòu)件)的形狀、虛擬裝配關(guān)系。其運(yùn)動(dòng)仿真模塊根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理提供了各種接頭(Joint)，可對(duì)裝配好組件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情形與整機(jī)裝配順序和過程在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真模擬。在整個(gè)仿真過程中還可進(jìn)行結(jié)構(gòu)、干涉和碰撞分析，并驗(yàn)證整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中各接頭(Joint)設(shè)置的正確性和合理性。

　　3.2、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析

　　我們以設(shè)計(jì)測(cè)試副翼角度的線位移傳感器(LVDT)安裝支架為例，說明CATIA 軟件運(yùn)動(dòng)仿真模塊的實(shí)際應(yīng)用。在飛機(jī)地面模擬試驗(yàn)中，飛機(jī)各活動(dòng)面的運(yùn)動(dòng)角度是非常重要的參數(shù)值，一般是通過在舵面加裝線位移傳感器(LVDT)來測(cè)得其角度，典型的測(cè)試方案如圖1 所示：

圖1 副翼角度測(cè)試方案

　　由圖1 可知，當(dāng)副翼沿著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)舵面上的安裝支架一起運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致線位移傳感器(LVDT)的長(zhǎng)度發(fā)生相應(yīng)的變化。最后，通過線位移傳感器(LVDT)長(zhǎng)度的變化量換算出舵面運(yùn)動(dòng)的角度。

4、總結(jié)

　　通過設(shè)計(jì)測(cè)試副翼角度的線位移傳感器(LVDT)安裝支架的實(shí)例說明利用CATIA 軟件設(shè)計(jì)測(cè)試傳感器的安裝支架時(shí)有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1) 由于CATIA 軟件三維數(shù)模直觀、簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn)大大降低了設(shè)計(jì)難度，從而減少了因?qū)υ囼?yàn)平臺(tái)和系統(tǒng)件、結(jié)構(gòu)件考慮不周而產(chǎn)生的錯(cuò)誤。

　　2) 利用CATIA 軟件的運(yùn)動(dòng)仿真功能按系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)原理對(duì)所設(shè)計(jì)的安裝支架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并在其過程中檢查是否發(fā)生干涉現(xiàn)象，為進(jìn)一步優(yōu)化支架的結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。

　　3) 檢查三維數(shù)模運(yùn)動(dòng)到極限和安裝位置(對(duì)應(yīng)副翼上偏23°，下偏23°，0°三個(gè)位置)時(shí)的尺寸，為傳感器量程的選擇提供有力依據(jù)。