0 引言
航天飛行器通常采用伺服系統為舵機的作動裝置，通過伺服作動器內部的驅動裝置，實現舵機伺服機構的復雜機械運動，帶動翼舵舵軸轉動，進而使翼舵轉動，最終通過翼舵等活動部件實現飛行器的姿態控制。在飛行器結構布局設計時，飛行器內部的艙體空間有限，艙體內部安放電氣設備較多，舵機伺服系統運動包絡較大，這些問題都會造成舵機伺服系統運動干涉。因此舵機伺服系統在根據翼舵的使用要求確定尺寸和力矩之后，還要根據其安放在飛行器的位置進行運動干涉分析檢查。常用的運動干涉分析軟件如ADAMS、NX、Creo和CATIA等，由于CATIA軟件在三維建模時具有強大的曲面設計功能和實體建模功能，同時CATIA軟件具有良好的運動仿真分析功能，因而廣泛在飛行器結構設計和電器設備設計中使用。
本文基于CATIA軟件詳細介紹航天飛行器艙體包絡和舵機伺服系統模型創建、舵機伺服系統運動仿真實現過程和干涉檢查方法。
1 艙體包絡和伺服系統布局
舵機伺服系統在運動干涉檢查前，需要確定飛行器的艙內包絡，并根據翼舵在飛行器的實際位置確定舵機伺服系統在飛行器艙內位置，如圖1所示。在運動干涉檢查時，當伺服舵機與艙體包絡面干涉，表明伺服舵機布局不合理或伺服舵機設計不滿足要求。
2 舵機伺服系統數模
利用CATIA軟件建立好舵機伺服系統的三維數模，其中包括翼舵軸、連接桿、伺服作動器的活塞桿、伺服作動器的主殼體和支座。三維數模示意圖如圖2所示。根據建立好的舵機伺服系統三維模型和伺服機構的裝配關系，在CATIA軟件的裝配模塊中對各個零件進行裝配，可以根據需要建立各個零件的約束關系，也可以在后續的運動仿真中建立接合時，軟件自動建立各個零件之間的連接約束關系。
3 舵機伺服系統運動過程
伺服作動器在內部作動電機驅動下，推動與作動器殼體連接的活塞桿，使活塞桿產生水平運動，活塞桿推動連接桿，連接桿帶動翼舵軸轉動，同時活塞桿也給伺服作動器主殼體一個向后的反作用力，使得伺服作動器主殼體繞支座轉動。支座固定在飛行器上，翼舵軸除轉動外，相對飛行器無平動。
4 運動干涉檢查方法
舵機伺服系統在運動過程中主要有2種運動副:一種是旋轉運動副，另一^種是棱形運動副，除此還有剛性副。其中需要創建旋轉運動副的零件有翼舵軸與飛行器、連接桿與活塞桿、主殼體與支座;需要創建棱形運動副的零件是活塞與主殼體;需要創建剛性副有連桿與翼舵軸。運動副創建完成后，根據運動副之間的運動函數關系利用程序控制完成命令項的創建，利用干涉分析模塊檢查舵機伺服系統運動時的干涉狀況。
4.1 旋轉副創建
在DMU運動機構工作臺中，選擇運動接合模塊中的旋轉接合，創建新的機械裝置。舵機伺服系統旋轉運動副有翼舵軸與飛行器、連接桿與活塞桿、主殼體與支座三對，在旋轉接合對話框中，分別選擇翼舵軸與飛行器、連接桿與活塞桿、主殼體與支座相關零件一對重合軸線和一對平行平面，完成旋轉接合的創建，如圖3所示。
4.2 棱形運動副創建
選擇DMU平臺下的棱形接合模塊，舵機伺服系統棱形運動副是活塞與主殼體。在棱形接合對話框中，分別選擇活塞與主殼體零件平行一對直線和平行一對平面完成棱形接合創建。棱形接合創建，如圖4所示。
4.3 剛性副創建
選擇DMU運動機構平臺下的剛性接合模塊，舵機伺服系統剛性副是連桿與舵軸。在剛性接合對話框中，直接選取連桿和舵軸完成剛性接合創建。剛性接合創建，如圖5所示。
伺服舵機機構的全部運動副建立后，在DMU運動機構平臺對飛行器的固定件建立固定約束。
4.4 命令創建
在結構樹中，根據舵機伺服系統每一個運動副的運動范圍，在接合限制文本框輸入具體數值，完成命令的創建，如圖6所示。
4.5 運動副函數關系創建
在結構樹下的“命令”，右鍵選擇“編輯命令”，在命令值文本框處點擊右鍵，出現公式編輯器，選擇運動副的參數，切換至“知識工程”的“知識顧問工作平臺”選擇“規則”，根據舵機伺服系統運動副之間的運動函數關系完成程序控制。編輯命令，如圖7所示。
4.6 干涉檢查功能創建
在DMU—般動畫平臺下，設置“碰撞模式”為“碰撞檢測停止”模式。選擇運動模擬的“法則曲線進行模擬”并激活傳感器，在傳感器的對話框下設置檢測碰撞，如圖8所示。播放機構運動啟動檢測。根據干涉檢查結果確定舵機伺服系統運動過程中與給定的航天飛行器包絡產生干涉的位置及運動參數，用以指導舵機伺服系統優化設計。
5 結果對比
利用本文所介紹的舵機伺服系統運動干涉檢查方法開展的仿真結果，與模裝試驗結果進行了對比。兩者完全一致。模裝試驗如圖9所示。
6 結語
本文詳細介紹了CATIA軟件對航天飛行器舵機伺服系統數模建立、裝配、運動仿真和干涉檢查的全部過程。文中所述方法可為其它機構運動仿真和干涉檢查提供參考。
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