飛機起落架的設計速度直接影響新機型的研發周期。要提高起落架的設計效率首先要選擇合適的設計方法。傳統的設計方法是自底向上（bottom-up），其設計思路是先設計零件，然后將設計好的零件進行裝配，如果在裝配過程中發現問題，就要對零件進行頻繁的修改。這種設計方法面臨諸多問題：①起落架設計之初先設計零件，無法傳遞設計意圖；②零件之間沒有數據關聯，一個零件的修改無法帶動其他零件的同時變更；③當零件發生變化時，需重新定義約束關系，重新裝配，工作量大且繁瑣，設計周期長。因此，為了滿足起落架的快速設計要求，縮短研發周期，在起落架設計過程中采用自頂向下（top-down）的設計方法。

    1 自頂向下的設計方法及具體實現

    自頂向下的設計方法是一種從整體布局到各零部件設計的裝配設計方法。用自頂向下方法裝配的零部件之間有數據關聯，可以通過修改某個零部件實現整體機構尺寸的變化。自頂向下設計著眼于起落架的設計意圖，不僅符合起落架的設計研發思路，而且更能體現出起落架參數化設計和快速高效的設計理念。

    嚴格來講自頂向下只是一個概念，只要能夠實現數據從頂部模型傳遞到底部模型，這種設計方法都可以稱為自頂向下。在Creo中是通過骨架模型來實現起落架的自頂向下設計。骨架模型有標準骨架模型和運動骨架模型兩種。由于起落架屬于運動機構，因此選用運動骨架模型。運動骨架模型是指機構在運動狀態下各零件具有的相對位置構成的骨架，在組件中是以子組件的形式創建。

    所謂“骨架”就是用基準的點、線、面來表示產品的設計信息和裝配信息。在并行設計當中，零件的定形和定位是事先規劃好的，而此時的定形和定位就是由骨架模型來完成。在起落架結構設計之前就將這些重要的尺寸定下來，能夠很好地避免一些外觀和干涉等問題。骨架模型是基于參數化來設計起落架，有著諸多優點。首先，骨架模型是基于參數化來創建的，參數修改的同時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體創建之前對起落架進行運動仿真和分析優化，極大提高了設計效率和設計質量。圖1為應用骨架模型實現起落架自頂向下設計的過程。

    圖1 應用骨架模型設計起落架具體流程

    2 起落架自頂向下的設計過程

    2.1 分析起落架結構特性

    如圖2所示，主動活塞與構件4組成轉動副C，氣缸、構件3和6分別繞飛機機架上的固定軸線A、B、F 轉動，構件6 與機輪相連，同時與構件5 組成轉動副E，構件3、4 和5 組成轉動副D。當活塞在氣缸中往復運動時，氣缸也做一定角度的擺動，構件3、4、5、6 轉動，實現起落架的收放。

    圖2 某機型起落架的結構圖

    2.2 設計起落架骨架模型

    通過分析起落架的結構特性，進一步確定機構的運動狀態、運動副和運動約束等條件后，進入裝配環境，創建機構的運動骨架模型。圖3為在Creo 裝配環境下創建的飛機起落架的運動骨架模型。

    圖3 機構運動骨架模型

    2.3 應用骨架模型對起落架機構運動仿真

    在進行運動仿真之前需要對運動骨架進行連接定義，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，需要定義伺服電機并進行機構分析，此時運動骨架會模擬整個機構的運動情況，不僅可以測量飛機起落架收放的速度、加速度、運動軌跡等運動學指標，而且能夠檢測運動過程是否滿足機械約束。如果仿真結果達不到設計要求，可以通過修改骨架模型參數，快速實現機構的變更直到滿足設計意圖。飛機起落架收起速度的測量定義和結果如圖4所示。

    圖4 起落架收起速度的測量

    2.4 應用骨架模型對起落架進行分析優化

    應用骨架模型的優勢除了在設計具體的零部件和整體裝配之前進行運動仿真外，還能對骨架模型進行敏感度分析、可行性分析和優化設計。從而提高了尋求最優設計方案的效率。

    敏感度分析主要用來評估一些重要尺寸在一定范圍內變化對測量目標參數的影響關系，為后續的可行性分析和優化設計提供參考。圖5為活塞長度的變化對飛機起落架的收起速度差的影響關系曲線。

    圖5 活塞長度變化的敏感度分析曲線

    可行性分析用來評估機構的相關參數在一定范圍內變化能否滿足設計要求。如果可行性分析得不到可行性解，說明給的參數范圍不符合設計要求，也就不需要進行后續的零部件的詳細設計。圖6為修改飛機起落架收起速度差的可行性分析過程。

    圖6 可行性分析過程

    操控板結果顯示為：已找到可行解決方案。

    優化設計是在確定優化目標函數的前提下，在所有可行性方案中尋求最優解的過程。完成優化設計之后，設計變量的尺寸會自動變更為最優尺寸，骨架模型的參數值也會隨之變為最優值。圖7 為以收起速度差最小為優化目標、活塞長為設計變量的優化結果。

    圖7 優化結果

    2.5 起落架主體零件的創建

    起落架的運動仿真和分析優化完成之后，進行零部件的詳細設計。由于骨架模型的參數和各零部件相關聯，直接將設計的零件依附到骨架上即可。最終飛機起落架的整體設計如圖8所示。

    圖8 最終完成的起落架

    3 結語

    本文基于Creo平臺，完成了對某機型飛機起落架的自頂向下設計。與傳統的自底向上設計方法相比，該設計方法能更好地滿足產品研發和頻繁修改的需求；運用骨架模型，能夠提前對機構進行運動仿真，并且能夠對機構的關鍵參數進行敏感度分析、可行性分析和優化設計，提高了尋求最優設計方案的效率，從而更好地實現設計者的設計意圖。

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本文標題：基于Creo的某機型起落架的自頂向下設計

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