CATIA運動仿真的研究與應用
利用CATIA運動仿真模塊(DMU Kinematics)可對已裝配好的三維數模進行準確的運動仿真。用戶可依照運動學原理，通過該模塊提供的各種接頭(Joint)創(chuàng)建約束自由度建立運動機構，并且分析機構的運動狀態(tài)與運動軌跡。通過測試飛機舵面運動角度的實例，說明該模塊在測試傳感器量程選擇、測試傳感器安裝支架設計等方面的應用。最后，利用運動仿真驗證整個測試過程的合理性。
1、引言
由于飛機在地面模擬試驗中需要測試的對象類型很多，所測的物理量也不盡相同，包括位移、角度、溫度、力等參數。因此，測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。數采系統(tǒng)采集數據的優(yōu)劣不僅與傳感器本身的性能、精度等指標有關，還與安裝傳感器的支架有密切的關系。由于傳感器的類型不同，所以需要設計各種符合它們測試和安裝要求的支架。飛機試驗臺架本身比較龐大和復雜，且又安裝了飛控、液壓等系統(tǒng)，導致設計部分傳感器安裝支架時存在安裝空間狹小以及支架本身需滿足復雜機械運動要求等問題。利用CATIA 軟件來設計這些安裝支架，并將裝配好的數模利用該軟件的運動仿真模塊按系統(tǒng)運動原理進行全行程的仿真，不僅可以驗證安裝支架的設計是否合理，還可驗證傳感器行程選擇是否滿足測試要求。
2、總體思路
一般來說，利用CATIA 軟件設計測試傳感器安裝支架分為以下幾步：
1) 首先，根據測試要求以及飛機系統(tǒng)件、結構件在試驗臺上的運動關系，同時結合傳感器自身的結構特點設計合理的安裝支架。
2) 其次，將設計好的安裝支架按測試要求裝配到被測位置上，并檢查其與飛機系統(tǒng)件、結構件是否發(fā)生干涉現(xiàn)象(即結構上相碰)。
3) 最后，將傳感器的三維數模也同時裝配到所設計的安裝支架上，并利用CATIA 軟件的運動仿真模塊按照系統(tǒng)的運動原理進行三維數模的運動仿真，并在該過程中檢查是否有數模發(fā)生干涉現(xiàn)象，同時檢查傳感器量程是否滿足測試對象的要求。
3、CATIA 運動仿真模塊的應用
3.1、CATIA 軟件運動仿真模塊功能簡介
隨著計算機輔助技術CAD/CAE/CAM 的日益發(fā)展和成熟，其應用范圍也越來越廣。由法國達索公司(Dassault System)推出的CATIA 高級計算機輔助設計、制造和分析軟件，廣泛應用于航空航天、汽車、造船和電子設備等行業(yè)。它作為一個CAD/CAE/CAM 一體化的集成軟件，除了強大的三維實體造型功能外，還能夠直觀、準確反映零件、組件(構件)的形狀、虛擬裝配關系。其運動仿真模塊根據機械運動原理提供了各種接頭(Joint)，可對裝配好組件的實際運動情形與整機裝配順序和過程在計算機上進行仿真模擬。在整個仿真過程中還可進行結構、干涉和碰撞分析，并驗證整個運動過程中各接頭(Joint)設置的正確性和合理性。
3.2、運動機構的分析
我們以設計測試副翼角度的線位移傳感器(LVDT)安裝支架為例，說明CATIA 軟件運動仿真模塊的實際應用。在飛機地面模擬試驗中，飛機各活動面的運動角度是非常重要的參數值，一般是通過在舵面加裝線位移傳感器(LVDT)來測得其角度，典型的測試方案如圖1 所示：
圖1 副翼角度測試方案
由圖1 可知，當副翼沿著轉軸轉動時，帶動舵面上的安裝支架一起運動，從而導致線位移傳感器(LVDT)的長度發(fā)生相應的變化。最后，通過線位移傳感器(LVDT)長度的變化量換算出舵面運動的角度。
4、總結
通過設計測試副翼角度的線位移傳感器(LVDT)安裝支架的實例說明利用CATIA 軟件設計測試傳感器的安裝支架時有以下優(yōu)點：
1) 由于CATIA 軟件三維數模直觀、簡潔的優(yōu)點大大降低了設計難度，從而減少了因對試驗平臺和系統(tǒng)件、結構件考慮不周而產生的錯誤。
2) 利用CATIA 軟件的運動仿真功能按系統(tǒng)的運動原理對所設計的安裝支架進行運動仿真，并在其過程中檢查是否發(fā)生干涉現(xiàn)象，為進一步優(yōu)化支架的結構提供依據。
3) 檢查三維數模運動到極限和安裝位置(對應副翼上偏23°，下偏23°，0°三個位置)時的尺寸，為傳感器量程的選擇提供有力依據。
