（飞行器设计专业论文）飞控系统传动部件参数化设计研究.pdf

一 n a n ji n gu n i v e r s i t yo fa e r o n a u t i c sa n da s t r o n a u t i c s t h eg r a d u a t es c h o o l c 0 1 1 e g eo fa e r o s p a c ee n g i n e e r i n g r e s e a r c ho np a r a m e t r i cd e s i g nf o rt r a n s m i s s i o n m e c h a n i s mo f f l i g h tc o n t r o ls y s t e m a t h e s i si n f 1 i g h tv e h i c l ed e s i g n j i a oz h e n s h u a n g a d v i s e db y p r o f e s s o rx u f e n g s u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n t o fm e r e q u i r e m e n t s f o rm ed e 伊e eo f m a s t e ro fe n g i n e e 打n g d e c e m b e r 2 0 0 9 一 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容 外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本 论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名：绰哗 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 飞机飞行控制系统由指令( 控制) 环节、传动环节( 操纵系统) 和被控制对象( 飞机) 三个环节组成飞机操纵回路，用以保证匕机的稳定和精确控制。其中，飞机操纵系统是飞行 控制的核心组成部分，其静动态操纵特性直接影响到飞行品质与飞行安全。由于操纵系统本 身的复杂性及其重要性，其设计工作往往比较复杂，周期较长。 本文就电传操纵教练机驾驶员操纵装置( p c u ) 及其传动机构的设计进行了系统化研究。 基于u g o p e n 类开发工具，以v c + + 6 o 为编程工具，在u g 中开发了飞控系统传动机构典 型机械部件设计的专有模块。 通过分析传动机构零部件的特点及其特征参数，以u g 加p e ng r i p 和u g o p a p i 联合 编程实现了该传动机构零件的参数化建模，并以此为基础研究了u g 虚拟装配的原理和方法， 实现了操纵教练机驾驶员操纵装置传动机构虚拟装配的自动化。 建立了教练机p c u 传动机构的数学模型，分析并计算了典型构件及教练机驾驶员操纵系 统的传动比。在此基础上开发了传动比计算软件，实现了传动机构典型部件和机构整体传动 比的计算与分配。根据操纵系统的传动关系和传动零件的尺寸，按照其相应的配合公差，建 立了间隙查淘数据库，以应用于飞控系统传动部件的动力学仿真建模。 关键字：传动机构，u g 二次开发，参数化设计，虚拟装配，传动比 飞控系统传动部件参数化设计研究 a b s t r a c t t l l ea 沁r a rn i 曲tc o n t r o ls y s t e mc a nb ed e s c 舶e di n t e g r a l l ya st 1 1 r e ec o m p o n a n t s a n r a r c o n 仃d l l o 叩t i l e ya r ei n s 们c t i o l l s ( c o n t r 0 1 ) l i i l k ，胁s r n i s s i o nl i i l l ( ( c o n t r o ls y s t e m ) 锄d l e c o n 妇的l l e do b j e c t ( a i r c r a 妨，w h i c h 、析ne i l s u r et h e 蚰出i l i t ) ，锄dp r e c i c o n t m lo ft 1 1 ea i 】c m n a m o n g t h e m ，a i r c m rc o n o ls y s t e mi sac o r ec o m p o n e n to fm en i g h tc o n 仃d ls y s t e m a 疵r a f tc o n t r o l s y s t e md e s i g ni s av e 巧i m p o n a n tp a r co fc h ea i r c m ad e s i 印a d v a l l t a g e s 觚dd i s a d 啪t a g e so f c o n t r o ls y s t e md e s i g nh a v ed i r e c ti m p a c t so nt h en i g h tq u a l i 锣a n df l i g h ts a f e 够c o n n o ls y s t e m i t s e l fd u et ot i l ec o m p l e x 时孤di m p o r t a i l c eo fm ed e s i 驴w o r ki so r e i lm o 舱c 伽叩l i c 呶通姐di sa 1 0 n g e rp e r i o d t h ec i l s t o i l l i z a t i o ni si i l 仃o d u c e dt oa c c e s sm ep r o p r i e t a r ym 0 d u l ew i mu ( 湘i p e nt o c o r n p l i s h m ep a n s p a m m e t r i cd e s i 印b 雒e d0 nt h ea n a l y s i so f l ec 唧o n e n tf h n c t i o n s 锄ds t 九l c t l l 】隐lf e a 嘶s o ft h ea i r c r a rh a r dm e c h a i l i c a ic o n t r o ls y s t e m ，a n dm ea u t o m a t i o no ft h e 讥r t u a l 勰s e i i 】_ b l yi s i m p l e n 屺n t e d b ya l l a l y z i n gt h e c h a r a c t e n s t i c s 孤dp a r a m e t e 塔o fm e c h a n i s mc o i n p o n e r i t s ，n l ep 砒s p a 均1 1 1 e t r i cm o d e l i n gi sa c h i e v e d b yu t i l i z i n gu g o p e ng r 口锄du g o p 饥a p i b 2 l s e do n 圮a _ b o v e w o r k ，t h es o f t w a r eo fv i m a la 豁e i i l ：b l y 跏t o m a t i o ni sc 龇t i e do u tb ys n l d y 缸gt l l ep 血c i p l e s 柚d m e t h o d so fu gv i m l a l 雒s e m b l y t h et m l l s l i l i s s i o nr a t i o sa r ea j l a l y z e d 觚dc a l c u l 砷斑f 0 rm et y p i c a lp a n s 狮dp c ub y e s 切b l i s h i n gt h em a m e m a t i c a jm o d e lo ft h et r a n s i i l i s s i o nm e c h a r i i 锄o nt h i sb 淞i s ，t h es o r 、a 陀0 i t r a r 璐m i s s i o nm t i oc a l c u l a t i o ni sd e v e l o p e d ，锄di tc 锄b ea p p l i e dt ot h ec a l c u i a t i o n 觚dd i s t r i b u t i o n f o rt h et ) r p i c a lc o m p o n e n t so f 呦s m i s s i o np a r t s 锄dm ew h o l eu n i t a c c o f d m gt 0t h er e l a t i o 璐h i po f c o n t r 0 1s y s t e m 锄dm es i 冼o ft m s m i s s i o np a r t s ，b a l s e do nt l l ec o r r e s p o n d i n gt o l e r a n c e s ，ad a t a _ b a o fg a pq u e wi se s t a _ b l i s h e da n dt 1 1 e na p p l i e dt 0 吐圮d ) m 锄i cs i m u l a t i o nm o d e lo f 咖s i i l i s s i o n c o m p o n e n t sa n df l i g h tc o n t r o ls y s t e m k e yw o r d s ：t r a n s m i s s i o n ，u gc u s t o m i z a “o n ，p a r a m e t r i cd e s i 印，v i m 脚a s s e m b l y ，t r a l l s m i s s i o n r a t i o 南京航空航天大学硕七学位论文 目录 第一章绪论l 1 1 研究背景及意义1 1 2 飞控系统传动机构2 1 3u g 二次开发3 1 3 1u g o p e nm e i l u s 嘶p t 方法4 1 3 2u g o p e nu i s t ) ，l e r 方法4 1 3 3u g ，o p e n 例p 方法5 1 3 4u g o p e na p i 方法5 1 3 5u g o p e n 各模块间的关系5 1 4 主要研究内容6 第二章传动机构各部件参数化设计7 2 1 零件参数化设计7 2 2 传动机构各零部件分析8 2 2 1 摇臂的参数分析8 2 2 2 拉杆的参数分析9 2 2 3 支座的参数分析9 2 - 3 基丁u g 二次开发实现零件参数化建模9 2 3 1u g 二次开发流程图。9 2 3 2 以实例说明u g 二次开发实现零部件的参数化设计9 2 3 3 对双摇臂应力分析1 4 2 4 本章小结1 6 第三章虚拟装配技术1 7 3 1 虚拟装配技术1 8 3 1 1 虚拟装配技术的定义1 8 3 1 2 虚拟装配技术的应用、地位及特点。1 8 3 1 - 3 虚拟装配流程2 0 3 2u g 虚拟装配原理2 0 3 2 1 部什原型。2 1 3 2 2 部件事件2 l i 飞控系统传动部件参数化设计研究 3 2 3 部件实例2 1 3 3u g 虚拟装配自动化2 1 3 3 1 坐标系2 1 3 3 2 虚拟装配自动化关键技术2 2 3 3 3 二次开发u g 编辑虚拟装配菜单及对话框2 3 3 4 运行实例2 4 3 5 本章小结2 5 第四章传动机构传动比计算2 6 4 1 传动比分配计算的典型公式。2 6 4 1 1 摇臂的传动比计算2 6 4 1 2 驾驶杆传动比计算2 8 4 1 3 传动机构的传动比计算2 9 4 1 4 系统传动的数学模型3 0 4 2 传动比计算软件设计31 4 2 1 机构传动比分析3 l 4 2 2 机构传动比的计算可视化31 4 3 软件运算实例3 5 4 4 本章小结3 5 第五章间隙分配数据库3 6 5 1 数据库基础知识3 6 5 1 1 数据库、数据库管理系统和数据库系统【2 8 】3 6 5 1 2 数据模型3 7 5 1 3 数据库的表结构设计3 8 5 2v c 什平台上基于o d b c 的数据库系统开发3 9 5 2 1 开发过程。3 9 5 2 2m f co d b c 常用的类。3 9 5 3 间隙数据库的开发4 l 5 3 1 利用v c + + 生成可供u g o p e na p i 凋用的d l l 4 2 5 3 2 建立u g 调用d l l 文件的科序4 8 5 4 运行实例4 8 第六章总结与展望4 9 6 1 全文主要i ：作总结4 9 l v 南京航空航天大学硕士学位论文 6 2 后继研究l ：作及展望。4 9 参考文献5 1 致谢5 3 在学期间的研究成果及发表的学术论文5 4 附件l 双耳双摇臂g r j p 程序5 5 附件2a p i 与g r i p 相互调用6 0 v 飞控系统传动部竹参数化设计研究 图表清单 图1 1 各模块关系图6 图2 1 摇臂典裂形式8 图2 2u g 二次开发流程图9 图2 3 定义环境变量1 0 图2 4 用户菜单1 0 图2 5 对话框1 1 图2 6g r 口开发环境1 1 图2 7 双耳双摇臂设计图1 3 图2 8 双耳双摇臂1 4 图2 9 模型划分网格、多点约束1 5 图2 1 0 置模型的载荷及边界条件1 5 图2 1 l 应力云图1 6 图3 1 虚拟装配流程1 9 图3 2 装配树结构2 0 图3 3 虚拟装配菜单2 3 图3 4 虚拟装配对话框2 3 图3 5 驾驶杆2 4 图3 6 传动机构装配图2 4 图3 7 干涉检查( 上图为干涉，下图为不干涉) 2 5 图4 1 摇臂有放大和缩小力的作用2 7 图4 2 摇臂有放大和缩小位移的作用2 7 图4 3f l d s l = f 2 d s 2 2 7 图4 4 驾驶杆简图2 9 图4 6 空间四杆机构3 0 图4 7 划分区间后的装配模型3 l 图4 8 用户菜单3 2 图4 9 ：符点参数对话框3 2 图4 1 0 摇臂( 1 ，点坐标已知) 参数对话框3 2 图4 1 l 播臂( 1 y 点坐标未知) 参数对话框3 3 图4 1 2b 区群沦图3 3 v i 南京航空航天大学硕士学位论文 图4 1 3 传动比计算简化图及软件输出信息3 4 图5 1 数据库开发流利幽4 2 图5 2 添加数据后的数据库4 2 图5 3 “数据源管理器”对话框4 3 图5 4 选择驱动程序4 3 图5 5 装配数据源4 4 图5 6 “数据源管理”对话框4 4 图5 7 定义对话框4 5 图5 8 用户菜单4 8 图5 9 运行结果4 8 表4 1 参数设置及软件计算结果表3 5 表4 2 计算结果一3 5 表5 1 间隙配合公差表3 7 表5 2 元组表3 7 飞控系统传动部件参数化设计研究 v i i i 符号 f r r n a b x 注释表 名称 杆力 摇臂半径 摇臂半径 传动比 输入力与输入臂的夹角 输出力与输出臂的夹角 杆行程 单位 n n u n n l m 无 d e g d e g m m 南京航空航天大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 飞机飞行控制系统由指令( 控制) 环节、传动环节( 操纵系统) 和被控制对象( 飞机) 三 个环节组成飞机操纵回路，用以保证飞机的稳定和精确控制。其中，飞机操纵系统是飞行控制 的核心组成部分，其静动态操纵特性直接影响到飞行品质与飞行安全。由于操纵系统本身的复 杂性及其重要性，其设计工作往往比较复杂，周期较长【l j 。其中，飞机操纵系统是飞行控制的 核心组成部分，也是飞机的重要组成之一，它的工作性能良好与否直接影响飞机的飞行性能， 在很大程度上决定了飞机使用的可靠性和安全性。 在飞机发展的前3 0 年中，飞机的主操纵系统是简单的机械操纵系统，由钢索( 软式) 操纵， 发展为拉杆( 硬式) 操纵。随着飞机尺寸和重量的增加，飞行速度不断提高，即使使用了启动 补偿，驾驶杆力仍不足以克服舵面铰链力矩；于是在4 0 年代末出现了液压助力器，实现了助力 操纵。6 0 年代末，美国在研制s r - 7 l 高速侦察机时，首次将模拟式计算机加入了作为辅助的陀 螺增稳信号中；这样的系统被称之为控制增稳系统。随着7 0 年代末电子技术的大发展，西方最 早开始尝试直接将飞行员的操纵信号直接接入计算机，从而放弃了全部机械控制系统，构成了 完全由电气设备组成的电传操纵系统。 2 0 世纪9 0 年代以来，以美国的f 2 2 ，r a h _ 6 6 等飞行器的出现为重要标志，飞机设计已 发展进入了新的阶段，出现了目视、声学、红外及雷达综合隐身设计的第四代战斗机。在这样 的国际政治和军事背景下，我国自行研制高性能军用飞机及教练机的战略意义和实际需求日益 突显【2 1 。 随着我国j 1 0 等第三代战斗机装备部队，必需培训大批的第三代战斗机飞行员。在k - 8 等 教练机无法很好满足第三代战斗机飞行员训练要求的情况下，新一代的高级教练机的研制显得 尤为紧迫。其中，电传操纵教练机驾驶员操纵机构的研究具有极其重要的理论意义和十分广泛 的工程应用价值。 在飞机飞行控制系统研究的工程实际中，无论是传统的机械操纵系统还是目前研究不断深 入、应用日益广泛的电传操纵系统，在设计之初即首先面对机械传动机构的传动比和间隙分配 等问剧3 】：设计完成后还必须进行校核计算。例如，对于飞控系统机械传动机构进行设计时， 现行的做法是对每个铰点逐个计算传动比，当其中某个铰点变化或需调整系统传动比分配时， 则需对整个系统的重新计算校核。通常系统中具有数十个铰点，该人- t 设计过程极其繁复。此 类调整需多次重复进行，而且对于某些空间运动环饥其计算精度也难以保证。同时，现代高 飞控系统传动部件参数化设计研究 速、高机动性和高敏捷性飞机的发展和电传操纵系统的应用，对匕控系统机械传动机构的间隙 控制要求大为提高。小间隙、运动灵活且满足系统摩擦阻尼，成为此类飞机的基本要求。 本文基于u g o p e n 类开发工具，以v c + + 6 o 为编程工具，二次开发u g 创建u g 中飞控 系统传动机构的专有模块。 u g ( u n i 簪a p h i c s ) 是美国e d s 公司推出的当今世界上最先进的c a d c a m c a e 高端软件平 台之一【4 】，是e d s 公司为用户提供的一种产品工程解决方案，为用户的产品设计及加工过程提 供了数字化造型和验证手段。目前，u g 广泛应用于航空、航天、机械、汽午、船舶、模具和 家用电器等领域。许多世界著名公司均采用u g 作为计算机辅助设计、制造和分析的平台，如： 美国通用汽车公司、波音飞机公司、贝尔直升机公司、英国宇航公司和惠普发动机公司等都已 u g 作为企业产品开发的软件平台。自从1 9 9 0 年u g 进入中国市场以来，在我国取得了越来越 广泛的应用，目前己成为我国主要使用的高端c a d c 觥a e 软件之一。 随着计算机技术、虚拟现实技术及现代设计理论与方法的迅速发展，u g 在航空科学与工 程领域得到了前所未有的应用与普及。与此同时，其软件功能也得到不断完善。然而，在解决 具体： 程问题上却有着通用性广而专门性不强的明显不足。为此，针对现有的软件，利用其提 供的二次开发环境建立和完善某些飞机结构或系统的专用模块，在原有软件的升级保障下实现 诸如传动机构各零部件参数化设计、虚拟装配、传动比计算以及可查询的间隙分配数据库等功 能，可极大地：诲约软件资源、节约成本以及提高j r 作效率。 1 2 飞控系统传动机构 机械式传动机构通常分为软式、硬式、混合式三种型式。软式传动机构主要由钢索和滑轮 装置等构件所组成：硬式传动机构主要由传动杆和摇臂等构件所组成；混合式传动机构则由软 式和硬式传动机构混合组成1 5 1 。 在软式传动机构中，操纵力只能依靠钢索的张力传递。因此，必须有钢索构成回路，轮流 起作用，即一根传动，另一根随动。这种软式传动的是构造简单、尺寸较小、重量较轻，比较 容易“绕过”机内设备与装置。软式钢索的刚度较小，受力后容易被拉长，使操纵灵敏度变差， 并且机翼容易发生臼激振动。钢索在转弯处绕过滑轮，产生较人的摩擦力，并容损，其生存力 也较差。 在硬式传动机构中，操纵力是由传动杆传递的。传动杆可以承受拉力或乐力。传动杆是由 铝管或钢管制成的，它的工作应力较小，因而变形也较小，即刚度较大，冈而在飞行中机翼和 尾翼不易产生白激振动( 颤振) 。硬式传动系统贝有较好的操纵灵敏性和较强的生存能力。其缺 点在于：需要较多铰接点，制造复杂，并使重鼙加人，而且不能像钢索那样可以“绕过”飞机 内部的和装置。此外，还必须使传动杆避免与发动机的使用转速发生共振。 2 南京航空航天大学硕士学位论文 混合式传动机构兼有硬式和软式的优点和缺点。 传动机构中各种部件的定义及功用如下： ( 1 ) 摇臂 连接拉杆和其他功能部件，设置传动比，实现非线性传动( 差动摇臂) ，变操纵线路方向， 平移操纵线路( 扭力管摇臂) ，实现多路输出，完成操纵转换，导向等。 摇臂也可以按耳片个数分为单耳摇臂和双耳摇臂两类。 ( 2 ) 拉杆功用 传递操纵力和操纵位移。可旋转拉杆提供系统工作所需的旋转角；自由导向件拉杆满足导 向轮工作段的寿命要求；螺套拉杆用于需精确调整拉杆的部位；弹簧拉杆常用于对称操纵面； 双壁拉杆用于提高局部线路的承载能可靠性或特殊防护。本项目针对螺套拉杆加以开发。 拉杆又可分为双耳拉杆和单耳拉杆两种。 ( 3 ) 钢索功用 传递操纵力和操纵位移。 ( 4 ) 滑轮功用 在平直段传递线路中支持钢索，改变钢索的传递方向。 ( 5 ) 鼓轮功用 实现传动线路角位移与直线位移的转换，实现软、硬式操纵转换，设置操纵的传动比。 ( 6 ) 扇形轮功用 支持钢索，实现软、硬式操纵转换，改变传动比，设置非线性传动，与其他功能控制机构 交联。 ( 7 ) 支座功用 支座用于安装摇臂或部件，是系统与结构之间的连接件。拟分为支撑驾驶杆的长转轴支座 和支撑摇臂的一般支座两种。 ( 8 ) 液压伺服作动系统 液压伺服作动系统主要有可逆液压伺服作动系统和不可逆液压伺服作动系统两种。包括液 压伺服作动器、伺服作动器后的操纵线及操纵面。液压伺服作动器是飞行操纵系统的执行部件， 是操纵面的驱动装置，义是操纵面的支撑机构。其中可逆液压伺服作动系统又称为有同力的液 压助力伺服作动系统。这种助力操纵系统，当液压助力器i ：作时，舵面上的气动载荷有一部分 传到驾驶盘，使驾驶员感觉剑飞机动压的变化。 1 3u g 二次开发 u g 是c a d c a m c a e 一体化的软件系统，可应川厂整个产品从概念设计到实际产品的开 3 乜控系统传动部件参数化设计研究 发全过程，包括产品的概念设计、建模、分析和加j 。该软件具有实体建模模块、特征建模模 块、曲线曲面建模模块、：r 祥制图模块、装配模块、分析模块、加工模块、知识t 程模块和二 次开发模块【6 】。不仅可以完成建模、装配、工程出图、数控加工等功能，还可以对建立的模型 进行运动学、动力学仿真以及有限元分析等操作。它所提供的二次开发语言简单易学，功能强 大，便于用户开发专用的c a d 系统，可以实现单凭交互方式操纵u g 难以实现的功能。 u g 二次开发，是指在u g 软件平台上，结合用户的具体要求，为实现某种特定的功能， 开发面向用户的专用软件。用户可以利用u g 提供的二次开发工具u g f o p e n 开发基于u g 系 统的应用程序，实现与u g 系统的无缝集成，从而满足用户的特殊需求。 u g o p e n 作为u g 平台上提供的二次开发语言是为满足用户特殊需要而随u g 一起发布 的。它为u g 软件的二次开发提供了许多函数和工具集，便于用户进行二次开发，利用该模块 可以对u g 系统进行用户化定制和开发，实现特定的功能用。u 例o p e n 开发工具主要模块及模 块间的关系如下所示。 1 3 1u g o p e nm e n u s c r i p t 方法 u g o p e nm e i l u s c r i p t 是u g 提供定制菜单的专用模块。用这一工具可以实现用户化的菜 单。u ( v o p e nm e n u s c p t 支持u g 主菜单和快速弹出式菜单的设计和修改，通过它可以改变u g 菜单的布局、添加新的菜单项以执行用户二次开发程序等。应用ug o p e nm e n u s c 血t 编程， 有两种方法可以实现菜单的用户化： 1 ) 添加菜单文件：开发人员添加菜单文件到相应的菜单目录下，这些菜单文件是经过用户 编辑的，符合自己要求的菜单文件。这是一种比较好的方法。 2 ) 编辑标准菜单文件：开发人员编辑存在的标准菜单文件，使之符合自己的要求，并且覆 盖原来的菜单文件。这种方法就会改变u g 原来的界面，不能恢复，须谨慎使用。 开发人员可以通过文本编辑器，例如w i n d o w s 的记事本编辑u g 菜单文件。通过此菜单调 用用户自行开发的对话框或u g 本身的对话框，生成满足用户要求的交互式操作。 1 3 2u g o p e nu i s t y l e r 方法 u g o p e nu i s t y l e r 是开发u g 对话框的可视化：f ：具。生成的对话框能与u g 集成，让用户 更方便、更高效地与u g 进行交互操作。利用这个j l ：贝可以避免复杂的图形用户接口编程，直 接将对话框中的基本控件组合生成功能不同的对话框，对话框中所有的控件设计是可见即可得 的。 u g 灼p e n u i s t y l e r 模块所支持的控件种类丰富，h 住存储对话框文件的同时，会臼动生成 与该对话框相对应的c 币h 文件，这两个文件可以直接导入v c ，可以缩短开发时间。 4 南京航空航天大学硕士学位论文 1 3 3u g o p e ng r i p 方法 g 邱是g r a p h i c sh l t m c t i v ep r o g r a m m i n g 取首字母的缩写词。u g ，o p e ng 啷语言用来创建 满足需求的专用软件，与u g 系统集成，具有通俗、易懂的特点。利川g r i p 程序，可以完成 与u g 的各种交互操作，实现在u g 下进行的绝大部分操作，如实体建模、工程制图、系统参 数控制、文件管理和图形修改等。g r i p 命令很像英语单词，语法与b a s i c 和f o r t a n 相似， 有某些情况下对于一些高级操作，用g r i p 编程的方法比用u g 交互的方法更有效，在u g 交 互环境f 可以实现的功能用g 刚p 几乎全都可以实现。c 暾m 语言与一般的通用语言一样，有其 自身的语法结构、程序结构、内部函数以及与其他通用语言程序相互调用的接口。g i 浊程序同 样需要经过编译和链接并生成可执行的程序后，才能运行。 g r i p 编程语言是面向工程师的语言，具有简单、易学、易用的特点，但是所编写的程序长、 复杂，要考虑程序的各个细节问题。因此，g r 腰语言常用于开发一些规模比较小的程序。 1 3 4u g o p e na p i 方法 u g o p e na p i 是u g 与外部应用程序之间交互的接口。u g 朐p 蛐a p i 封装了近2 0 0 0 个u g 操作的函数，通过它可以在c 程序和c + + 程序中以库函数的形式调用u g 内部的近2 0 0 0 个操 作，它可以对u g 的图形终端、文件管理系统和数据库进行操作，几乎所有能在u g 界面上的 操作都可以用u 脚n a p i 函数实现。 u c 0 l p e n a _ p i 程序的运行可以在这几种环境下运行： 1 ) v c 环境。在这种环境下内部、外部程序均可以执行，其中内部程序从u g 伽饥m e n u s c r i p t 、u s e re x i t s 、u s 盱t b o l s 和u g 幻p e i lg r 口中调用a p i 程序。 2 ) u g 界面。这种环境只能执行内部程序。程序的执行是程序通过v c h 编译连接后，产 生一个d l l 文件，然后进入u g ，执行这个d l l 文件。 3 ) u g o p e ng 肿程序。这是通过g r j p 程序来调用u 咻n a p i 程序。由于编程是在v c 中进行，所以可以充分发挥v c 的强人功能和丰富的编程资源，也可以利用原有的c 语言代码 资源，将其集成到u g 中。 用u g d p e na p i 函数进行二次开发的优点是该工具功能比较强大，能够实现u g 的绝大部 分操作，易于进行交互操作。由于是调州u g 封装的a p i 函数，稃序的出错率比较低；缺点是 掌握u g o p e na p i 函数的运用比较凼难，特别要注意参数的类型和传递形式。 1 3 5u g o p e n 各模块问的关系 u g 软件为用户提供了一个调川：次开发结果的交互式接口：u s e rt 0 0 l s 。它的功能是生成 弹山式对话框或j r 具条，其界面风格j 0u g 界面风格一致。通过执行对话框或工具条，操作相 5 匕控系统传动部件参数化设计研究 应的控件就可运行菜单文件、宏文件、u g 0 l p e ng 对p 程序、u g o p e n a p i 程序和其他二次开 发文件。u g o p e n 各模块间的相互调用以及各模块与u s e r t o o l s 的调用关系如图所示： m e 姗s c 邱t 所开发的菜单可以与u s e r t 0 0 l s 开发的对话框相互调用；m e 肌s c p t 所开发的 菜单与u s e r1 硇i s 开发的对话框可以调用u i s t y l e r 开发的对话框；m e 肌s c r i p t 、u s e rt 0 0 l s 和 u i s t v l e r 开发的对话框均可以调用g r j p 程序和a p i 程序。g r i p 程序和a p i 程序之间也可以相 互调用。 图1 1 各模块关系图 1 4 主要研究内容 针对飞机飞行控制系统传动机构的设计需求，系统地研究了飞机飞行控制系统传动机构的 设计方法、虚拟装配和传动比计算的问题。旨在基于现有的c a d c a m ( u g i i ) 商用软件，利 用其提供的二次开发环境建立和完善飞机( 特别是教练机) 传动系统设计与计算的专用模块， 在原有软件的升级保障卜实现诸如飞机系统设计和科学计算可视化的专门功能，可更大程度地 利用软件资源、在实现我国飞机系统设计和研制水平快速提升的同时，有效地节约飞机研制经 费和时间。这些研究对丁二进一步提高我国教练机飞行控制系统计算机辅助设计水平，具有较大 学术意义和工程应用价值。本文的研究内容主要有： ( 1 ) 根据飞控系统传动机构零件的特点，将操纵系统的传动构件简化为三类标准模型：摇臂、 拉杆和支座，并根据对构什参数的分析在u g 软件中建立专有的参数化设计模块： ( 2 ) 分析虚拟装配的装配方法，研究u g 虚拟装配技术；最后利用u g o p e na p i 函数集二 次开发u g 实现虚拟装配白动化。 ( 3 ) 通过建立飞控系统传动机构的数学模型，分析并计算了主要部件及全系统的传动比。为 进一步的飞控系统传动的运动分析与仿真提供基础。 ( 4 ) 参照公差手册，分析间隙配合的公差范围，完成传动机构装配完成后零部件间隙配合的 公差库。 6 南京航空航天大学硕士学位论文 第二章传动机构各部件参数化设计 2 1 零件参数化设计 参数化设计是机械零件设计的一个重要方法。参数化设计是通过改动图形的某一部分或某 几部分的尺寸，或修改已定义好的零件参数，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对 图形的驱动【引。参数驱动的方式便于用户修改和设计。用户在设计轮廓时无需准确地定位和定 形，只需勾画出大致轮廓，然后通过修改标注的尺寸值来达到最终的形状，或者只需将零件的 关键部分定义为某个参数，通过对参数的修改实现对产品的设计和优化。参数化设计极大地改 善了图形的修改手段，提高了设计的柔性，在概念设计、动态设计、实体造型、装配、公差分 析与综合、机构仿真、优化设计等领域发挥着越来越大的作用，体现出很高的应用价值【9 1 。 参数化设计方法的目的在于存储设计的整个过程，从而设计出一族而不是单一的产品模 型。在计算机辅助设计系统中，不同型号的产品往往只是尺寸不同而结构相同，映射到几何模 型中，就是几何信息不同而拓扑信息相刚1 0 1 。因此，在对零件进行拓扑结构归类的基础上建立 参数化模型，保证设计过程中几何拓扑关系一致，同时提取几何特征参数并进行用户化命名， 建立几何信息和参数的对应机制，通过编辑参数值直接或间接修改几何实体，实现参数化设计 【1 1 1 。 在进行参数化前，首先应分析是否需要进行参数化设计。根据零部件的功能，以及零部件 与其他零件之间的关系，确定零部件是否可能进行参数化设计。参数化建模的首要步骤是对零 部件进行形体分析，从而确定设计变量和建模策略，然后进行参数化建模以及参数提取，最后 进行模型的验证【12 1 。根据零部件几何形状以及复杂程度的不同，应该选择不同的参数化建模方 式。确定了参数化设计的方法后，要根据零部件间的几何和位置关系确定待设计零件的自由变 化的参数并确定参数间的关系。 u g 提供了方便而强大的参数化建模方法，其参数化设计的基本步骤如下： ( 1 ) 根据图纸和自由变化参数表确定建模方法； ( 2 ) 创建参数化模型； ( 3 ) 设置参数之间的关系，也可在创建模删时设置： ( 4 ) 提取口由变化参数； ( 5 ) 创建零仆模跫； ( 6 ) 调入生成的模型，检查模型创建是否有误： 7 飞控系统传动部件参数化设计研究 ( 7 ) 利刚二次开发接口编写程序，进行零件的管理 程序参数化方法允许有经验的用户或二次开发软件工程师来定义产品的数字化模型。u g 提供了二次开发的环境，如果利用u g ，o p n ea p l 或u g 幻p n eg 对p 创立用户程序，使用u g 建模集成在一起，实现设计、建模的自动化，建模速度将大大提高，改动设计也十分方便，非 常适合系列化和标准化常用零的建模设计。在u g 二次开发建模的基础上，以v c + + 6 o 为工具 编写开发程序，把设计计算步骤通过程序来实现，生成可被u g 调用的动态链接库。通过调用 动态链库，在u g 启动时可使参数自动加载到u g 中，完成零件模型的建立。本文正是用这种 方法来实现参数化建模。它的特点是编程量大，程序调试难度，设计复杂程度高，但建立起来 程序后利于修改和驱动，其可视化的环境也利于建立。 2 2 传动机构各零部件分析 传动机构主要由摇臂、拉杆、支座和液压伺服作动系统组成。 应用参数化技术时需将传动机构元件都简化成几种标准的模型。包括：