飛機(jī)起落架的設(shè)計(jì)速度直接影響新機(jī)型的研發(fā)周期。要提高起落架的設(shè)計(jì)效率首先要選擇合適的設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是自底向上（bottom-up），其設(shè)計(jì)思路是先設(shè)計(jì)零件，然后將設(shè)計(jì)好的零件進(jìn)行裝配，如果在裝配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就要對(duì)零件進(jìn)行頻繁的修改。這種設(shè)計(jì)方法面臨諸多問(wèn)題：①起落架設(shè)計(jì)之初先設(shè)計(jì)零件，無(wú)法傳遞設(shè)計(jì)意圖；②零件之間沒有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，一個(gè)零件的修改無(wú)法帶動(dòng)其他零件的同時(shí)變更；③當(dāng)零件發(fā)生變化時(shí)，需重新定義約束關(guān)系，重新裝配，工作量大且繁瑣，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。因此，為了滿足起落架的快速設(shè)計(jì)要求，縮短研發(fā)周期，在起落架設(shè)計(jì)過(guò)程中采用自頂向下（top-down）的設(shè)計(jì)方法。

    1 自頂向下的設(shè)計(jì)方法及具體實(shí)現(xiàn)

    自頂向下的設(shè)計(jì)方法是一種從整體布局到各零部件設(shè)計(jì)的裝配設(shè)計(jì)方法。用自頂向下方法裝配的零部件之間有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，可以通過(guò)修改某個(gè)零部件實(shí)現(xiàn)整體機(jī)構(gòu)尺寸的變化。自頂向下設(shè)計(jì)著眼于起落架的設(shè)計(jì)意圖，不僅符合起落架的設(shè)計(jì)研發(fā)思路，而且更能體現(xiàn)出起落架參數(shù)化設(shè)計(jì)和快速高效的設(shè)計(jì)理念。

    嚴(yán)格來(lái)講自頂向下只是一個(gè)概念，只要能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)從頂部模型傳遞到底部模型，這種設(shè)計(jì)方法都可以稱為自頂向下。在Creo中是通過(guò)骨架模型來(lái)實(shí)現(xiàn)起落架的自頂向下設(shè)計(jì)。骨架模型有標(biāo)準(zhǔn)骨架模型和運(yùn)動(dòng)骨架模型兩種。由于起落架屬于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此選用運(yùn)動(dòng)骨架模型。運(yùn)動(dòng)骨架模型是指機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下各零件具有的相對(duì)位置構(gòu)成的骨架，在組件中是以子組件的形式創(chuàng)建。

    所謂“骨架”就是用基準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面來(lái)表示產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息和裝配信息。在并行設(shè)計(jì)當(dāng)中，零件的定形和定位是事先規(guī)劃好的，而此時(shí)的定形和定位就是由骨架模型來(lái)完成。在起落架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前就將這些重要的尺寸定下來(lái)，能夠很好地避免一些外觀和干涉等問(wèn)題。骨架模型是基于參數(shù)化來(lái)設(shè)計(jì)起落架，有著諸多優(yōu)點(diǎn)。首先，骨架模型是基于參數(shù)化來(lái)創(chuàng)建的，參數(shù)修改的同時(shí)能夠使骨架模型隨之快速變更；其次，利用骨架模型能夠在起落架實(shí)體創(chuàng)建之前對(duì)起落架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和分析優(yōu)化，極大提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。圖1為應(yīng)用骨架模型實(shí)現(xiàn)起落架自頂向下設(shè)計(jì)的過(guò)程。

    圖1 應(yīng)用骨架模型設(shè)計(jì)起落架具體流程

    2 起落架自頂向下的設(shè)計(jì)過(guò)程

    2.1 分析起落架結(jié)構(gòu)特性

    如圖2所示，主動(dòng)活塞與構(gòu)件4組成轉(zhuǎn)動(dòng)副C，氣缸、構(gòu)件3和6分別繞飛機(jī)機(jī)架上的固定軸線A、B、F 轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)件6 與機(jī)輪相連，同時(shí)與構(gòu)件5 組成轉(zhuǎn)動(dòng)副E，構(gòu)件3、4 和5 組成轉(zhuǎn)動(dòng)副D。當(dāng)活塞在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸也做一定角度的擺動(dòng)，構(gòu)件3、4、5、6 轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起落架的收放。

    圖2 某機(jī)型起落架的結(jié)構(gòu)圖

    2.2 設(shè)計(jì)起落架骨架模型

    通過(guò)分析起落架的結(jié)構(gòu)特性，進(jìn)一步確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)約束等條件后，進(jìn)入裝配環(huán)境，創(chuàng)建機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)骨架模型。圖3為在Creo 裝配環(huán)境下創(chuàng)建的飛機(jī)起落架的運(yùn)動(dòng)骨架模型。

    圖3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)骨架模型

    2.3 應(yīng)用骨架模型對(duì)起落架機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

    在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真之前需要對(duì)運(yùn)動(dòng)骨架進(jìn)行連接定義，本例中除了活塞是滑塊連接外，其他均為銷釘連接。完成連接定義后，需要定義伺服電機(jī)并進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析，此時(shí)運(yùn)動(dòng)骨架會(huì)模擬整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，不僅可以測(cè)量飛機(jī)起落架收放的速度、加速度、運(yùn)動(dòng)軌跡等運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)，而且能夠檢測(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程是否滿足機(jī)械約束。如果仿真結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，可以通過(guò)修改骨架模型參數(shù)，快速實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的變更直到滿足設(shè)計(jì)意圖。飛機(jī)起落架收起速度的測(cè)量定義和結(jié)果如圖4所示。

    圖4 起落架收起速度的測(cè)量

    2.4 應(yīng)用骨架模型對(duì)起落架進(jìn)行分析優(yōu)化

    應(yīng)用骨架模型的優(yōu)勢(shì)除了在設(shè)計(jì)具體的零部件和整體裝配之前進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真外，還能對(duì)骨架模型進(jìn)行敏感度分析、可行性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。從而提高了尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的效率。

    敏感度分析主要用來(lái)評(píng)估一些重要尺寸在一定范圍內(nèi)變化對(duì)測(cè)量目標(biāo)參數(shù)的影響關(guān)系，為后續(xù)的可行性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。圖5為活塞長(zhǎng)度的變化對(duì)飛機(jī)起落架的收起速度差的影響關(guān)系曲線。

    圖5 活塞長(zhǎng)度變化的敏感度分析曲線

    可行性分析用來(lái)評(píng)估機(jī)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化能否滿足設(shè)計(jì)要求。如果可行性分析得不到可行性解，說(shuō)明給的參數(shù)范圍不符合設(shè)計(jì)要求，也就不需要進(jìn)行后續(xù)的零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。圖6為修改飛機(jī)起落架收起速度差的可行性分析過(guò)程。

    圖6 可行性分析過(guò)程

    操控板結(jié)果顯示為：已找到可行解決方案。

    優(yōu)化設(shè)計(jì)是在確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的前提下，在所有可行性方案中尋求最優(yōu)解的過(guò)程。完成優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，設(shè)計(jì)變量的尺寸會(huì)自動(dòng)變更為最優(yōu)尺寸，骨架模型的參數(shù)值也會(huì)隨之變?yōu)樽顑?yōu)值。圖7 為以收起速度差最小為優(yōu)化目標(biāo)、活塞長(zhǎng)為設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化結(jié)果。

    圖7 優(yōu)化結(jié)果

    2.5 起落架主體零件的創(chuàng)建

    起落架的運(yùn)動(dòng)仿真和分析優(yōu)化完成之后，進(jìn)行零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。由于骨架模型的參數(shù)和各零部件相關(guān)聯(lián)，直接將設(shè)計(jì)的零件依附到骨架上即可。最終飛機(jī)起落架的整體設(shè)計(jì)如圖8所示。

    圖8 最終完成的起落架

    3 結(jié)語(yǔ)

    本文基于Creo平臺(tái)，完成了對(duì)某機(jī)型飛機(jī)起落架的自頂向下設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的自底向上設(shè)計(jì)方法相比，該設(shè)計(jì)方法能更好地滿足產(chǎn)品研發(fā)和頻繁修改的需求；運(yùn)用骨架模型，能夠提前對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并且能夠?qū)�機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行敏感度分析、可行性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的效率，從而更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。

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本文標(biāo)題：基于Creo的某機(jī)型起落架的自頂向下設(shè)計(jì)

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