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基于MotionView/MotionSolve的登机门开启/关闭过程仿真

2023/8/17    来源:Altair    作者:钟宋义  王卯升      
关键字:MotionView  MotionSolve  登机门  动力学仿真  
本文介绍了利用MotionView模块建立某型飞机登机门多体动力学模型,采用MotionSolve模块对登机门进行了多种工况的动力学仿真。与实物飞机登机门进行对标,验证了模型的正确性。利用仿真模型对登机门潜在故障进行分析,最终确定了解决方案。
1 概述

       登机门是民用飞机设计中重要的运动部件,其主要功能是为乘客提供上下飞机以及应急撤离通道。由于登机门部件繁多、相互运动关系复杂,开关登机门时需要考虑门体门框的整体刚度等特点,采用多体动力学方法进行仿真分析已成为国内外分析设计的主要技术途径。

       HyperWorks软件中的MotionView/MotionSolve模块是新一代动力学仿真分析软件,其中,MotionView是通用的多体动力学前处理和可视化工具,采用完全开放的程序架构,可以实现高度的自动化建模流程,具有高效的MDL建模语言;MotionSlove是新一代动力学求解器,与MotionView模块无缝集成。

       某型登机门在开启和关闭过程中存在外蒙皮与门框擦碰的潜在风险。在运动学仿真过程中,由于不考虑力值、刚度等影响,该潜在故障不能够被发现,因此必须采用动力学模型进行仿真,对其真实的受力与变形状态进行分析。

2 仿真模型的建立

       2.1 快速建模

       采用MDL语言快速实现节点、运动体、运动副等模型,其中门体、铰链臂以及重要的结构件采用柔性体模型;机身刚度采用6自由度弹簧施加在铰链臂与机身连接处。在门体周边采用分段挤压力来模拟密封件的连续挤压力,从而实现舱门在密封带作用下的阶差现象,该力值在仿真过程中随着门体位移变化而变化。

       最终建立了登机门多体动力学模型如图1所示。

登机门多体动力学模型

图1 登机门多体动力学模型

       2.2 模型正确性初始对标

       在仿真初始时刻,登机门在重力、密封带作用力、残余压差、导向导轨等作用下达到一个平衡位置,调节模型的参数保证该平衡状态与实测一致,进而保证模型的正确性。

       2.3 工况

       登机门故障是在打开过程中发生的,为模拟实际开门情况,载荷作用在手柄上,距离手柄转轴一定距离处,载荷方向沿手柄转动方向并始终垂直于手柄。

       0s<T<1s时,手柄上不施加载荷,门体及其他构件在受到密封件的挤压力作用下产生负阶差;

       1s<T<1.1s时,在手柄上施加载荷,手柄开始转动,力值由0施加到最大值;

       1.1s<T<1.5s时,手柄上持续施加最大载荷。

       其中正常开门和快速开门对应不同的时间力值历程。

手柄作用力值曲线

图2 手柄作用力值曲线

3 仿真结果与实测数据对标

       正常开门情况下,采用三维应变光学测量系统对动态载荷工况下登机门外蒙皮的位移进行测量,将试验数据与仿真结果进行对比,进而验证柔性体模型的正确性。

       操作者握住手柄末端,记录开门过程中登机门外蒙皮测量点的位移,观测点如图3所示。

测量系统登机门观测点示意图

图3 测量系统登机门观测点示意图
表1 动载工况观测点实测与仿真结果对比

动载工况观测点实测与仿真结果对比


       对比正常开门情况下实测数据与仿真数据,结果表明,仿真结果与实测数据趋势完全一致,数值精度也符合较好。说明该模型与实物舱门一致,可用于分析舱门故障。

4 舱门故障仿真分析及解决

       4.1 仿真分析

       舱门快速开门时,由于存在接触脱离、残余压差、密封带力、摩擦力等非线性因素,操作者存在作用力较大且不均匀等情况。按照技术文件,在仿真模型中施加较快、较大的操作力值来打开舱门,重现舱门故障。

       通过仿真计算,发现登机门在向上提升转动阶段,如果手柄力过大,施加速度过快,结果显示上蒙皮与门框之间产生干涉现象,如图4所示。该干涉位置与飞机真实启闭过程中的危险点出现位置一致,真实的复现了登机门潜在风险。

登机门蒙皮与门框之间的干涉

图4 登机门蒙皮与门框之间的干涉

       4.2 潜在故障解决

       在模型中对操作力、滚轮接触位置等因素进行更改,计算各个因素对该干涉故障的影响大小,最终确定了更改方案并通过了飞行验证。图5是更改之后的登机门运动间隙,在快速开启登机门的过程中,保证了足够的间隙,未出现干涉区域。

更改方案后的登机门运动间隙

图5 更改方案后的登机门运动间隙

5 总结

       本文基于MotionView/MotionSolve软件建模了登机门动力学模型,通过正常开门的试验对标,验证了模型的正确性。对舱门故障原因进行了分析并进行仿真,重现了故障。通过分析各个因素对干涉故障的影响,最终确定了解决方案并得到了实物验证。
责任编辑:程玥
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