基于 CATIA 的某重型车登机问题的运动仿真_设计与研发_

摘要：采用 Catia 软件对某重型车、飞机舱、过桥板等进行参数化建模，并运用运动仿真模拟重型车登机的全过程，以此来判断重型车能否完成登机。分析结果表明：重型车在登机过程中会出现车尾和地面干涉、车头和过桥板干涉、车头和机舱顶干涉。在对登机桥进行结构优化的方案中，减小飞机自带登机桥和机场登机桥仰角能够有效解决干涉，使重型车可以顺利登机。该研究可为设计人员规划新品重载车型登机的机场登机桥几何参数时提供参考。

前言

随着车辆制造业的快速发展，用于运输的重型车数量逐年增加。重型车可通过公路运输、铁路运输和航空运输，公路运输和铁路运输时，整车容易满足运输要求。对于航空运输，由于重型车高度和整车长度都较大，因此重型车存在较大的登机问题。

在某些情况下，需要将重型车快速运送至指定地点，在此情况下航空运输成为了运输重型车的首选方式，但由于航空运输机空间有限，以及飞机自带过桥板长度有限，因此，重型车登机需要配备机场过桥板。本文采用达索公司的 Catia软件对某重型车、飞机舱、过桥板等进行参数化建模，并运用运动仿真模拟重型车登机的全过程，以此来判断重型车能否完成登机并对机场过桥板进行结构优化。

1 重型车登机模型建立

本文以某重型车为研究对象，首先建立其三维模型。重型车外形尺寸（长×宽×高）为 11810mm×2500 mm×3100 mm，其模型如图 1 所示。

图 1 重型车模型示意图

运输机选取我国最大的航空运输机伊尔-76 运输机，其截面尺寸如图 2 所示，飞机自带过桥板长度为4940mm，简化后的飞机舱和飞机自带过桥板模型如图 3 所示。

图 2 运输机截面尺寸示意图

图 3 飞机简化模型示意图

机场过桥板根据飞机自带过桥板尺寸和角度自行设计，首先设计飞机自带过桥板和机场过桥板仰角均为 14°，以此建立的整个重型车登机模型如图 4 所示。

图 4 重型车登机模型示意图

2 运动仿真与通过性校核

重型车登机模型整体装配完成后，进入 Catia 的 DMU 运动工作台进行登机模拟。整个机械装置中机场过桥板固定并与飞机刚性接合，重型车轮胎与地面和过桥板滚动曲线接合，在运动过程中保持轮胎与地面的接触。轮胎与车轴之间保持旋转接合，轮胎侧面与过桥板侧面保持平面接合。设置轮胎滚动距离为整个装置的驱动，经过运动仿真后重型车按给定运动轨迹运动到飞机舱内，运动后模型如图 5 所示。

图 5 重型车登机后模型示意图

在整个重型车登机过程中，重型车前轮旋转角度如图 6 所示，滚动距离如图 7 所示。

图 6 前轮滚动角度示意图

图 7 前轮滚动距离示意图

在过桥板角度为 14°的情况下，重型车在登机过程中共出现三处干涉，分别为车尾和地面干涉、车头和过桥板干涉、车头和机舱顶干涉。车尾和地面干涉原因为机场过桥板角度偏大，使得重型车在爬坡时尾部下降与地面接触，车头和过桥板干涉原因为机场过桥板角度偏大，使得重型车由地面靠近过桥板时车头与过桥板接触，车头和机舱顶干涉原因为车头高度比机舱高度小100mm，由于过桥板角度偏大，使得重型车在进入机舱时车头与机舱顶接触。具体三处干涉如图 8所示。

（a）车头和过桥板干涉

（b）车尾和地面干涉

（c）车头和机舱顶干涉

图 8 干涉示意图

由上述结果可得，目前重型车无法安全登机，需要对结构进行优化。飞机舱尺寸固定不可修改，为了不改变重型车形状和尺寸，只能对登机桥进行结构优化。

3 登机桥结构优化

由上一节可知，登机桥仰角偏大是造成上述三处干涉的重要原因，在实际情况中，飞机自带登机桥长度不可更改，机场登机桥为自行设计，因此结构优化采取修改飞机自带登机桥仰角和机场登机桥的长度和仰角的方案。首先将飞机自带登机桥和机场登机桥仰角均减少为12°，机场登机桥长度根据角度自适应增长。修改模型参数后进行运动仿真，结果发现，车头和过桥板干涉、车头和机舱顶干涉均得到解决，车尾和地面干涉并没有解决，但是干涉程度减小。具体结果如图 9 所示。