Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．８，２０１４ 民用飞机前起落架舱门“拉杆一摇臂”式 机构建模与优化 董Ｊ目巨 萌ｒｙ Ｊ （上海飞机设计研究院，上海摘２０１２１０） 要：介绍了民用飞机前起落架上应用广泛的“拉杆一摇臂”机械联动式舱门机构，建立了该机构的数学模型，并利用 遗传算法对初始机构进行优化，结果表明：优化后的机构使得舱ｒｌｉｇ动更加平稳。 关键词：前起落架；舱门机构；机械联动式；拉杆一摇臂 中图分类号：Ｖ２２６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１４）０８—０１１２—０２ 目前，现役民用飞机上，前起落架舱门的构型大 部分为２块独立作动的面积较大前舱门和２块随起 落架收放联动的面积较小的后舱门。采用最为广泛 的是后舱门机构，每侧舱门机构包括：１个舱门拉杆 和１个曲柄摇臂，见图１。拉杆一端安装在起落架支 柱斜撑段，通过曲柄摇臂与支柱相连；另一端与舱门 连接，采用球轴承，连接点位于舱门中部靠近飞机对 称平面处。本文旨在建立拉杆一摇臂式舱门机构的 一， ≤ 运动学模型，并利用遗传算法优化该机构性能，降低 舱门运动的角速度和角加速度，使得舱门平稳运动， 为该机构在某型飞机上的使用提供依据。 （Ｖ１ Ｖ２ Ｖ３） ＝（ｘＰＡ－０９ ｙＰＡ０９ ｚＰ＾０９） 一ｆ１ＸＰ－Ｏ１］Ｉ］ＸＰＡ－Ｉ１ ㈩ （３） ｒ＝Ｖ口２。 ２＋ ２３ 图１ “拉杆—摇臂”机械联动式舱门机构 １ 舱门机构 （ 一 １）‘＋（’ Ｐ＿０１）‘＋（ｚ Ｐ’ ＿０１）‘＋Ｒ ’ １‘＝０ ’ 本文详细论述应用最广泛的“拉杆一摇臂”机械 联动式构型的舱门机构，如图２所示。该机构运动模 式为空间三维运动，其设计输入如表２、图３所示。 表２舱门机构设计输入 序号 １ ２ ３ ４ ５ ６ 设计输入 起落架转轴 起落架最大转动角度 舱门轴线 备注 ＰＡ—Ｏｌ、ＰＡ—Ｏ２ ＰＡ＿０９、ＰＡ一１ １ ｍ－ｘ－ｘＰ－０ ）＋ｎ （）， ｌＰ＿０ ）＋ｐ・（ 肿 ）～ ｍ２（ Ｐ＿０１）＋ｎ２（，，－ｙ １一 ） ２（ ０．００ｏ２９１Ｒ １—０．２８２５６３Ｒ １一 （１）＝０ 、 ４） 其中，（ｍ。，ｎ ，Ｐ。，）为点ＰＡ一１１指向ＰＡ＿０９的向 量；向量ｍ２， ，Ｐ２，）＝（１， ，０）；Ｒ１为点ＰＲ＿５０到舱门 拉杆与舱门的连接点 ＰＲ ５０ 摇臂转轴轴线 ＰＲ＿＿５１、ＰＲ一５１一Ｒ 摇臂长度 Ｐ＿０３到ＰＲ＿５３的距离Ｒ２ 轴线的距离；￡为点ＰＲ＿５０点到点Ｐ Ｏ１的ｙ向距离。 点Ｐ＿０３在摇臂轴线上，距点ＰＲ一５１一Ｒ的距离为 Ｄ ，其坐标求解与Ｐ＿０１相同。 收稿日期：２０１４—０５—０２ 作者简介：董１１２ 萌（１９８７一），男，陕西成阳人，硕士研究生，工程师，研究方向：起落架设计，包括结构设计、机构设计和性能设计。 《装备制造技术｝２０１４年第８期 点ＰＲ＿５３满足式（５）。 ｘ－ｘ删） ＋（ｙ ３） ＋（ｚ ３）２＋Ｒ２２＝０ ｍ ３ （Ｘ－Ｘｐ）＋ｎ３（Ｙ －Ｙｅ）＋Ｐ０３ ０３ ＿＿０ｌ和点ＰＲ＿５０到舱门轴线的距离Ｒ１为设计变 量，建立目标约束方程见式（９） Ｄ一ｍｉｎ ｍ ４㈥ Ｘ－－Ｘｐ ｏ Ｚ －Ｚｐ３）＝Ｏ（ ３）＋ （，， Ｐ＿仍一 ） ４ 一 ，∞ｏ ＿“Ｉ ． ｃ≤尺１≤ｄ （９ 采用遗传算法进行优化设计，其流程图如图４ 其中，（ｍ３，ｎ。，Ｐ ）为点ＰＲ－５Ｏ、ＰＲ＿５１、ＰＲ＿５１＿Ｒ 所示。 ０．０００２９１Ｒ ｌ一０。２８２５６３ １ 构成的平面Ｐｌａｎｅ＿０３的方向向量，（ｍ ，‰Ｐ ）为过点 Ｐ０３的摇臂轴线的法平面Ｐｌａｎｅ＿０４的方向向量，Ｒ２ ＿为摇臂长度。 建立全局坐标系Ｅｂ：飞机坐标。建立局部坐标系 Ｄ：原点为艘一５１一Ｒ ，Ｘ轴为由职一５１ 指向 ＰＲ５１０，Ｙ轴为过 ０４ 、ＰＲ一５１—０、ＰＲ＿５Ｉ＿Ｒ 的 ＿＿平面的法向量，ｚ轴正向符合右手法则。Ａ为全局坐 标 关于局部坐标西的方向余弦， 为局部坐标 关于全局坐标 的方向余弦。 任一点Ｐ的局部坐标和全局坐标满足式（６）【２］。 融 ＿（６） ３ 结果分析 瑟 誊１０。 （７’ ， 、 图４遗传算法计算流程 对比优化前后（见图５图６）舱门打开角度随起 根据式（６）求解ＰＡ＿０９、ＰＡ＿ｌ Ｉ在局部坐标系的 落架收起角度变化曲线可知，优化后的舱门机构使 坐标，并根据式（１）求解点Ｐ＿０１在在局部坐标系的 舱门运动更加平顺，舱门运动的瞬时角加速度明显 坐标（ ｌ ，Ｙｅ ｏｌ ， Ｐ－０１』ｒ）。减小，降低了舱门铰链及舱门拉杆的设计载荷。 当起落架放下角度为时，职一５０－ 的局部坐标 器 厂、／ —＼ ８Ｏ— 、， 、 （ ， ５０』，， Ｐ＿５ ）满足式（７）。 量 Ｖ 、 ６ｏ．－ ——、 （ Ｐ＿５ Ｐ＿０１ ） ＋（ ５ Ｐ＿０１ ） ｌ 、 、 、 一■０一 十（ Ｐ 。 Ｐ＿０。 ） ＝Ｒ１ ｍ１ （ Ｐ＿５ Ｐ＿０１ ）＋ １ （ｙＰ＿５岫 Ｐ＿０１ ） ｌ＿Ｅｒ（ｚＰ－５０－ Ｐ＿０１』ｒ）＝０ 图５优化前舱门打 度随起 图６优化后舱门打开角度随起 落架放下角度变化曲线 落架放下角度变化曲线 ＿ｔｆ Ｉ∞Ａｎｇｂ ｒｌ ＲｅｔｍｃｌｌｏｎＡｎｇｌｅｒｌ 【 ２ ０』ｒ ＝（一Ｒ２一￣ｋ／Ｄ＿０３２－（ｘ＇Ｄ＿０２）２） ４结束语 根据式（６）转换艘一５０＿０的全局坐标。根据式 （５）求解当起落架放下角度为。时 一５３一。的坐标。 本文建立了应用广泛的“拉杆一摇臂”机械联动 舱门打开角度 满足式（８）。 式舱门机构的数学模型，并采用遗传算法以舱门打 开的最大角度为目标对初始定义的舱门机构进行优 ＣＯＳ ＝ （８） 化设计，结果表明：优化后的舱门机构使得舱门运动 ＩＤ Ｉ Ｉ ｂ Ｉ 更加平稳，瞬时角加速度显著减小，降低了舱门铰链 其中，向量由点Ｐ＿０１指向点ＰＲ＿５０；向量由点 及舱门拉杆的设计载荷。 Ｐ＿０１指向点ＰＲ＿５０＿０。 ２优化设计 参考文献： ［１《飞机设计手册》总编委员会编．飞机设计手册（１１］４） ．北 京：航空工业出版社，２００２． 以起落架放下过程中舱门的最大打开角度 为 【２】洪嘉振．计算多体系统动力学【Ｍ］．北京：高等教育出版社， 目标函数，以点Ｐ＿０１到轴线后交点ＰＡ＿Ｉ１距离 １９９９・ （下转第１ １ ６页） ｌ１３ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．８，２０１４ 定量优化的实现提供可行性基础。 【３］李新华，唐敏，曹伟魏．龙门起重机主梁有限元分析叨．中 南林业科技大学学报，２０１３（５）：１５—１８． （２）通过有限元优化，在保证结构刚度、强度及 ４］李胜超，张青雷，习俊通．大跨度桥式起重机结构的参数化 稳定性的前提下，主梁结构减重达２Ｏ．２８％，其中主 ［梁结构的高宽值得到了显著地优化，为后续产品设计 ［５］纪爱敏，罗衍领．起重机伸缩吊臂截面优化设计［Ｊ］．建筑机械 提供了一定的参考。同时获得了相关几何尺寸的优化 相关度，可为后续的结构定量设计提供参考数据。 （３）运用有限元结构优化技术，对产品结构进行 化，２００６（３）：４０－４２． 有限元分析与系统开发叨．机械设计与研究，２０１２（３）：２７—２９． ［６］宁朝阳，徐娟．基于有限元分析的起重机主梁优化设计［Ｊ］． 装备制造技术，２０１２（１１）：３１—３３． 优化，可促使产品实现精益制造，达到控制产品成 ［７］程丽珠．桥式起重机主梁结构分析和优化设计【Ｄ】．吉林：吉 本，提高企业经济效益的目的。 林大学，２００６． 【８】李伟忠，刘延雷，等，基于有限元的双小车起重机主梁结构 参考文献： ［１】刘云峰．桥式起重机主梁腹板新型结构研究［Ｊ］．昆明理工大 学，２００１（６）：２５—２８． 优化［Ｊ］．起重运输机械，２０１３（１１）：２９—３１． ［９《起重机设计手册》编写组．９］起重机设计手册【Ｋ］．北京：机械 工业出版社．１９８０． ［２］王文浩，王安邦，等．某单粱桥式起重机主梁有限元分析【Ｊ】． 机械工程与自动化，２０１３（４）：４１．４３． 【ｌ０］张波，盛和太．ＡＮＳＹＳ有限元数值分析原理与工程应用 ［ ．北京：清华大学出版社，２００５． Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｃｋ Ｃｒａｎｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅｎ－ｊｉａｎｇ，ＱＩＮ Ｈａｏ （Ｌｉｕｇｏｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｈｏｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｈｉｔｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｉｆｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａ－ ｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｔｏ ｔｒａｃｋ ｏｂｊｅｃｔｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｈｅ ｇｉｔｒｄｅｒ ｃｒａｎｅ，ｂｕｉｌｄ ａ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｅｏｎｃｅｒｕｓ ｉｇｒｄｅｒ ｆｌａｎｇｅ ｐｌａｔｅ，ｗｅｂ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ａｓ ａｎ ｉｎｐｕｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｃｒａｎｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｒａｎｇｅ，ｏｂｔｍｎｅｄ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｈｅ ｔｓｔｕｃｔｒｕｒｅ ｏｐｔｉ－ ｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ｓｔｕｃｔｒｕｒａｌ ｄｅｓｉｎ ｏｐｔｇｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｕｃｔｒｕｒａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｃａｎ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｕｓｅ ｈｅ ｃａｒｒｔｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｗｅｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｎ，ｓａｆｇｅｔｙ ｐｒｅｍｉｓｅ ｆ ｏａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｌｅａｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｆ ｏｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍ０ｄｅｌｉｎｇ；ａｎｓｙｓ；ｔｒａｃｋ ｈａｎｇｉｎｇ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｓｉｇｎ （上接第１ １ ３页） Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＲＯｄ—ａｎｄ—Ｃｒａｎｋ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ Ｎｏｓｅ Ｌａｎｄｉｎｇ Ｇｅａｒ Ｄｏｏｒｓ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ａｉｒｃｒａｆｔ ＤＯＮＧ Ｍｅｎｇ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ ｎｏｓｅ ｌａｎｄｉｎｇ ｅａｒ（ｇＮＬＧ）ｄｏｏｒｓ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ ｂｙ ｇｅａｒ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｉｓｔ ｆ ｏａ ｒｏｄ ａｎｄ ａ ｃｒａｎｋ ａｎｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｗｉｄｅｌｙ ｆｏｒ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ．Ｔｈｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｄｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂｙ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｎｇｕｌａｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｇｕｌｒ ａｃｃｅｌａｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＮＬＧ ｄｏｏｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ＮＬＧ ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎ ｎｄ ａｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ＳＯ ｔｈａｔ ＮＬＧ ｄｏｏｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｍｏｖｅｄ ｍｏｒｅ ｓｍｏｏｔｈｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｏｓｅ ｌａｎｄｉｎｇ ｇｅａｒ；ｄｏｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｏｐｅｒａｔｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ；ｒｏｄ－ａｎｄ－ｃｒｎｋ ａ１１６