0 引言
航天飛行器通常采用伺服系統(tǒng)為舵機的作動裝置，通過伺服作動器內(nèi)部的驅(qū)動裝置，實現(xiàn)舵機伺服機構(gòu)的復(fù)雜機械運動，帶動翼舵舵軸轉(zhuǎn)動，進而使翼舵轉(zhuǎn)動，最終通過翼舵等活動部件實現(xiàn)飛行器的姿態(tài)控制。在飛行器結(jié)構(gòu)布局設(shè)計時，飛行器內(nèi)部的艙體空間有限，艙體內(nèi)部安放電氣設(shè)備較多，舵機伺服系統(tǒng)運動包絡(luò)較大，這些問題都會造成舵機伺服系統(tǒng)運動干涉。因此舵機伺服系統(tǒng)在根據(jù)翼舵的使用要求確定尺寸和力矩之后，還要根據(jù)其安放在飛行器的位置進行運動干涉分析檢查。常用的運動干涉分析軟件如ADAMS、NX、Creo和CATIA等，由于CATIA軟件在三維建模時具有強大的曲面設(shè)計功能和實體建模功能，同時CATIA軟件具有良好的運動仿真分析功能，因而廣泛在飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計和電器設(shè)備設(shè)計中使用。
本文基于CATIA軟件詳細介紹航天飛行器艙體包絡(luò)和舵機伺服系統(tǒng)模型創(chuàng)建、舵機伺服系統(tǒng)運動仿真實現(xiàn)過程和干涉檢查方法。
1 艙體包絡(luò)和伺服系統(tǒng)布局
舵機伺服系統(tǒng)在運動干涉檢查前，需要確定飛行器的艙內(nèi)包絡(luò)，并根據(jù)翼舵在飛行器的實際位置確定舵機伺服系統(tǒng)在飛行器艙內(nèi)位置，如圖1所示。在運動干涉檢查時，當伺服舵機與艙體包絡(luò)面干涉，表明伺服舵機布局不合理或伺服舵機設(shè)計不滿足要求。
2 舵機伺服系統(tǒng)數(shù)模
利用CATIA軟件建立好舵機伺服系統(tǒng)的三維數(shù)模，其中包括翼舵軸、連接桿、伺服作動器的活塞桿、伺服作動器的主殼體和支座。三維數(shù)模示意圖如圖2所示。根據(jù)建立好的舵機伺服系統(tǒng)三維模型和伺服機構(gòu)的裝配關(guān)系，在CATIA軟件的裝配模塊中對各個零件進行裝配，可以根據(jù)需要建立各個零件的約束關(guān)系，也可以在后續(xù)的運動仿真中建立接合時，軟件自動建立各個零件之間的連接約束關(guān)系。
3 舵機伺服系統(tǒng)運動過程
伺服作動器在內(nèi)部作動電機驅(qū)動下，推動與作動器殼體連接的活塞桿，使活塞桿產(chǎn)生水平運動，活塞桿推動連接桿，連接桿帶動翼舵軸轉(zhuǎn)動，同時活塞桿也給伺服作動器主殼體一個向后的反作用力，使得伺服作動器主殼體繞支座轉(zhuǎn)動。支座固定在飛行器上，翼舵軸除轉(zhuǎn)動外，相對飛行器無平動。
4 運動干涉檢查方法
舵機伺服系統(tǒng)在運動過程中主要有2種運動副:一種是旋轉(zhuǎn)運動副，另一^種是棱形運動副，除此還有剛性副。其中需要創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)運動副的零件有翼舵軸與飛行器、連接桿與活塞桿、主殼體與支座;需要創(chuàng)建棱形運動副的零件是活塞與主殼體;需要創(chuàng)建剛性副有連桿與翼舵軸。運動副創(chuàng)建完成后，根據(jù)運動副之間的運動函數(shù)關(guān)系利用程序控制完成命令項的創(chuàng)建，利用干涉分析模塊檢查舵機伺服系統(tǒng)運動時的干涉狀況。
4.1 旋轉(zhuǎn)副創(chuàng)建
在DMU運動機構(gòu)工作臺中，選擇運動接合模塊中的旋轉(zhuǎn)接合，創(chuàng)建新的機械裝置。舵機伺服系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動副有翼舵軸與飛行器、連接桿與活塞桿、主殼體與支座三對，在旋轉(zhuǎn)接合對話框中，分別選擇翼舵軸與飛行器、連接桿與活塞桿、主殼體與支座相關(guān)零件一對重合軸線和一對平行平面，完成旋轉(zhuǎn)接合的創(chuàng)建，如圖3所示。
4.2 棱形運動副創(chuàng)建
選擇DMU平臺下的棱形接合模塊，舵機伺服系統(tǒng)棱形運動副是活塞與主殼體。在棱形接合對話框中，分別選擇活塞與主殼體零件平行一對直線和平行一對平面完成棱形接合創(chuàng)建。棱形接合創(chuàng)建，如圖4所示。
4.3 剛性副創(chuàng)建
選擇DMU運動機構(gòu)平臺下的剛性接合模塊，舵機伺服系統(tǒng)剛性副是連桿與舵軸。在剛性接合對話框中，直接選取連桿和舵軸完成剛性接合創(chuàng)建。剛性接合創(chuàng)建，如圖5所示。
伺服舵機機構(gòu)的全部運動副建立后，在DMU運動機構(gòu)平臺對飛行器的固定件建立固定約束。
4.4 命令創(chuàng)建
在結(jié)構(gòu)樹中，根據(jù)舵機伺服系統(tǒng)每一個運動副的運動范圍，在接合限制文本框輸入具體數(shù)值，完成命令的創(chuàng)建，如圖6所示。
4.5 運動副函數(shù)關(guān)系創(chuàng)建
在結(jié)構(gòu)樹下的“命令”，右鍵選擇“編輯命令”，在命令值文本框處點擊右鍵，出現(xiàn)公式編輯器，選擇運動副的參數(shù)，切換至“知識工程”的“知識顧問工作平臺”選擇“規(guī)則”，根據(jù)舵機伺服系統(tǒng)運動副之間的運動函數(shù)關(guān)系完成程序控制。編輯命令，如圖7所示。
4.6 干涉檢查功能創(chuàng)建
在DMU—般動畫平臺下，設(shè)置“碰撞模式”為“碰撞檢測停止”模式。選擇運動模擬的“法則曲線進行模擬”并激活傳感器，在傳感器的對話框下設(shè)置檢測碰撞，如圖8所示。播放機構(gòu)運動啟動檢測。根據(jù)干涉檢查結(jié)果確定舵機伺服系統(tǒng)運動過程中與給定的航天飛行器包絡(luò)產(chǎn)生干涉的位置及運動參數(shù)，用以指導(dǎo)舵機伺服系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。
5 結(jié)果對比
利用本文所介紹的舵機伺服系統(tǒng)運動干涉檢查方法開展的仿真結(jié)果，與模裝試驗結(jié)果進行了對比。兩者完全一致。模裝試驗如圖9所示。
6 結(jié)語
本文詳細介紹了CATIA軟件對航天飛行器舵機伺服系統(tǒng)數(shù)模建立、裝配、運動仿真和干涉檢查的全部過程。文中所述方法可為其它機構(gòu)運動仿真和干涉檢查提供參考。
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本文標題：基于CATIA的舵機伺服系統(tǒng)運動干涉檢查方法
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