基于Catia的大型飞机起落架建模与分析报告.docx

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基于Catia的大型飞机起落架建模与分析报告

CAD课程设计说明书

基于CATIA的大型飞机起落架机轮机毂建模与分析

学院航空航天工程学部

专业飞行器设计与工程

班级24030302

学号82

姓名王子安

指导老师白巍

航空航天大学

摘要

CATIA是法国的产品开发旗舰解决方案。

作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在的全部工业设计流程。

本次课程设计通过对大型飞机起落架建模进行深入学习CATIA的特点、应用、基本操作、零部件设计、装配设计、以及较高层次的应用。

在进行三维建模之前，首先用卷尺等测量工具获得起落架的一些基本数据。

然后进行简化，本次设计只对起落架的轮胎部分进行分析建模。

然后从草图工作台入手，对各个部分进行零部件设计以及建模，并且展示出建模步骤。

然后将各个部件导入装配设计工作台，进行组装，添加结构约束。

在本文的最后，总结各种不足和待改进之处，并且对CATIA建模的优缺点进行总结及展望。

关键词：

起落架机轮CATIA结构设计装配设计

第1章引言

1.1研究的背景介绍与起落架强度分析的重要意义

飞机起落架系统是飞机的重要组成部分，在飞机着陆及地面滑跑过程中起着举足轻重的作用，它的设计好坏直接影响飞机的性能和安全。

起落架系统不仅影响飞机在起飞、着陆、滑行阶段的动力学特性，同时也是保证飞机安全的重要部分，曾被描述为“飞机与其事故之间的主要媒介”（据统计，由起落架引起的和与起落架相关的故事占到飞机事故的2/3以上。

）起落架的主要功用是承受飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时的重力，滑跑与滑行时操纵飞行，滑跑与滑行时的制动，承受、消耗和吸收飞机着陆在地面运动时的撞击和颠簸能量并吸收飞机运动时产生的撞击载荷。

1.2起落架轮毂概述

机轮轮毂是起落架的重要部件，轮毂是机轮的核心、外配轮胎、接刹车装置，飞机着陆和地面操作时的各种载荷都通过轮胎传递给轮毂和轮缘，它的强度，刚度，直接影响到飞机的升降安全。

本文通过CATIAV5相关命令流完成对起落架机轮轮毂的三维建模和仿真分析。

第2章起落架机轮轮毂结构简单介绍

2.1起落架结构简介及其设计原则

2.1.1起落架的结构和分类

起落架有固定式和收放式两类，一般包括缓冲器、承力支柱、机轮、扭力臂、刹车装置等。

起落架类型包括构架式、支柱式、摇臂式。

本文研究的是安装与支柱式之上的机轮。

支柱式起落架：

减震器与承力支柱合二为一，机轮直接固定在减震器活塞杆上。

减震支柱上端与机翼的连接形式取决于收放要求。

对收放式起落架，撑杆可兼做收放动作筒。

图2.1起落架的结构

2.1.2机轮结构

机轮一般由轮毂、刹车装置、轮胎三个主要部分组成。

机轮的主要功能是支承、刹停飞机和减轻其着陆冲击。

支承飞机靠的是轮胎和轮毂，他们承受来自地面的各种动、静载荷。

刹停飞机靠的是刹车装置，它提供很大的刹车力矩来制动机轮，是轮胎与地面间产生很大的摩擦力，达到停住飞机的目的。

而轮胎部充有一定压力的气体，在其着陆冲击下产生很大的压缩变形吸收了一部分垂直下沉能量，但大部分能量由起落架缓冲器吸收，达到减震效果。

图2.2机轮结构

2.2轮毂

2.2.1轮毂的功能、结构

机轮结构设计除考虑承受的载荷外，还应适应轮胎的配合要求以及部容腔有足以装入刹车装置的能力。

轮毂是机轮的核心，外配轮胎，置刹车装置，飞机着陆，地面操纵时的各种载荷都通过轮胎传递给轮毂，轮毂的结构随着功用的不同而不同，大致可分为单幅板、双幅板、对开、组合四类，本文研究的是但幅板的形式。

单幅板结构作主轮时一般为偏置的幅板，目前，飞机机轮应用普遍的是对开式结构，它除了有单幅板形式优点外，还有利于轮毂的锻造成型。

图2.3轮毂的结构

2.2.1航空轮胎

轮胎是飞机与跑道接触的唯一部件，它具有地面支承、牵引、机动、着陆、吸收能量等功能。

它既要承受整个飞机的垂直载荷、侧向载荷，又要传递机轮的刹车力矩，所以它是飞机起落架安全的重要部件。

轮胎属于易损部件，与飞机运行的经济型有直接的关系。

因此选择轮胎，也是设计起落架的一个重要环节。

图2.4航空轮胎模

第3章起落架机轮的实体模型

3.1实体

本课题参照实物进行三维模型建立，所得的数据比较粗糙，在进行建模的同时参考了相关的图纸资料，使得笔者对机轮的认知有明显提高，更好的掌握机轮轮毂细节并结合图纸和实物绘制出起落架机轮。

图3.1实体图图3.2实体图

课题参考的图纸

图3.3轮毂

3.2轮毂的实体模型

首先，创建旋转面如图

图3.4轮毂的草图

再由此面旋转可得轮毂模型，在其上挖去减重孔和打气孔，得到的轮毂形状。

图3.5轮毂三维图图3.6轮毂三维图

3.3轮胎与刹车片创建

3.3.1轮胎的创建

轮胎可直接通过旋转体得到，这里不过多解释。

图3.7轮胎图3.8轮胎

3.3.2刹车片创建

通过创建草图拔途台再挖槽，用圆形列阵即可得到刹车片部分。

在得到齿轮形状时，每两个齿间距2.5度角，共得144个角。

图3.9刹车片图2.10刹车片

3.4轴承创建

轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件。

它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。

按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。

图3.11轴承

3.5轴承架创建

通过装配设计的相合约束，接触约束，角度约束，固联等操作得

图3.12轴承架图3.13轴承架

3.5整体零件的组装

这些零件都是圆柱形因此用相合约束很容易组装，每组装一个零件，必须将两个零件想固联，在组装之前，先用锚将任意一个零件锁住（这里选择锁定轮毂比较容易操作），每组装完一个必须将视角往正负方向转动观察检验。

技巧：

在组装时可以用移动工具将要组装的零件拖到相应的位置（方向相似，距离贴近。

）

图3.14整体零件组装

3.7起落架支撑杆建模

本文支撑杆不作为详细容，因此给出简单的零件图。

图3.15支撑架

第4章总结

通过这次课程设计，我感受到CATIA功能的强大性，CATIA它提供的多个工作环境以及各个模块相互转换共同建模方式，使得各个部门既可以协同工作，又不互相牵扯。

由于模块之间的互相联接性，使得上游结果可做为下游的参考，同时，上游对设计的修改能直接影响到下游工作的刷新。

实现真正的并行工程设计环境。

同时功能的强大性使得使用者需要花足够多的时间去消化吸收各模块间的功能，CATIA给人的感觉是上手很容易，熟手很难。

对于工业设计，最重要的是产品的建模，如何去批量生产，减少单个成本这个课题的重要性不言而喻。

往往一个很简单的问题却被庞大的功能所困惑，不知所措。

其次基于开源的V5使得用户可以自己开发功能，这是有一大亮点。

本学期学习了几个基本的模块：

零件模块，创成式模块，曲面模块，3-Dfreeline，钣金模块，在应用这些模块时也发现一些问题，由于算法的精确度使得有些曲面生成的不仅人意，尤其是在曲面设计模块。

当然很期待新的版本更新算法。

学而时习之，CATIA给人的感觉即是要熟能生巧，熟的同时得抓住一些本质的东西，比如有些画法能不走弯路就不走弯路。

我常说自己有土法子能解决某一个问题，但不能解决一系列问题。

这问题是解决了，但往后再次遇到相识的问题可能就不知所措。

野路子的还是有些许问题。

参考文献

[1]雨晨，基于ANSYS的起落架轮毂受力分析与结构细节优化，航空，2011年12月

[2]学志若松，CATIA实用教程，清华大学