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基于CATIA和CHS的飞机线束重量计算

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：马素钊张巍

[导读] 摘要：文章基于CATIA的三维数字化设计和CHS二维原理接线图线束图交互设计，利用CATIA和CHS软件的参数化功能及二次开发，提出飞机线束重量计算及统计新的实现方法，该方法可以大幅度减少工程设计工作量，提高工作效率，提高重量计算结果的准确性，进而缩短产品的研发周

        中航西飞民用飞机有限责任公司陕西西安 710089
        摘要：文章基于CATIA的三维数字化设计和CHS二维原理接线图线束图交互设计，利用CATIA和CHS软件的参数化功能及二次开发，提出飞机线束重量计算及统计新的实现方法，该方法可以大幅度减少工程设计工作量，提高工作效率，提高重量计算结果的准确性，进而缩短产品的研发周
        关键词：CATIA；CHS；线束；重量计算；
        1.引言
        在民用飞机设计的过程中，需要进行全机重量、重心的估算。而线束作为整架飞机重量中占比较大的一部分，会影响到飞机重心位置和起飞重量。由于线束一般由多根、数十根导线及线束附件组成，且在线束内部各段导线数量不同、牌号不同导致质量不均匀，同时由于线束敷设需满足不同位置机载设备的接线需求，导致线束路径不规则，因此线束重量一直是设计阶段飞机重量估算过程中的难题，其最终重量重心值与估算值往往相差较大，影响整个飞机的重心计算和布局规划。作者提出了本文所论述的方法。该方法依据CATIA三维设计软件和CHS二维设计软件，在飞机设计过程中，计算出相对以往手工计算更为准确的相关线束的重量和重心。用于指导民用飞机线束重量重心计算。
        2 线束重量计算
        2.1 线束建模
        所有线束应当建立基于CATIA软件中线束模块的三维数模，线束三维数模要真实准确，应包含所有细节特征，如1：1线束长度、线束路径、线束分叉、线束护套、线束末端的连接器、尾附件、端子、死接头等。CATIA软件三维数模中线束末端的端接件，如接线端子、连接器、死接头等的实例名称必须与CHS软件Logic模块二维接线图中对应端接件的电气编号保持一致，以便进行CATIA与CHS软件Logic模块之间、CATIA与CHS软件Harness模块之间、logic模块与Harness模块之间的交互操作。
        使用CHS软件自带交互功能，将Logic模块中的二维接线图与CATIA中相对应的线束数模进行关联，将接线图中相关线束中导线的接线关系导入三维数模中，通过二维接线中端接件的电器编号与三维数模中接线端子、连接器、死接头等的实例名进行映射关联，使用CATIA中的Wire Routing功能模块完成导线在线束数模中的敷设。
        使用CHS软件中的Harness模块与CATIA三维线束数模进行交互，将CATIA中线束的拓扑图以1：1的比例导入二维线束图中。最后，使用CHS软件Logic与Harness交互功能，将Logic接线图中的导线牌号信息导入到Harness二维线束图中。
        经过上述操作，最终得到了完成全部导线敷设的三维线束数模，以及包含每根导线长度和牌号信息的二维线束图。
        2.2 线束重量计算方法
        由于线束中一般包含多根各种类型导线和数个分支，导致单根线束不同部位密度不同，而单根导线的密度却是均匀的、可计算的。因此线束重量应由线束内所有单独计算重量的导线重量之和，以及护套、连接器、尾附件、端子、死接头等线束附件的重量之和相加组成，另一方面，线束的重心则由每根导线的重心和连接器、端子、护套、死接头等线束附件的重心计算而来。导线及线束附件的重心可以由CATIA直接计算出来。而三维线束线束重量计算公式如下：
        m = l X a
        M =

+ b
其中m为单根导线重量，l为导线长度，a为导线单位长度重量，M为线束重量，

为线束内所有导线重量之和，n为导线数量，为第x根导线的重量，b为所有线束附件重量之和。将以上公式导入二维软件和已定制格式的报表中，保证信息汇总时可以直接利用公式计算。
        实际使用的过程中，由于导线和线束附件的种类繁多，且重复使用率高，因此需提前将所有不同牌号的导线、连接器、端子等线束附件的准确的单位重量信息录入CHS软件的二维库及CATIA软件三维库中，这些信息会在导线和线束附件在二维接线图以及三维线束数模中被使用时与其录入的重量信息关联起来。
        3 装配重量计算
        基于紧固件的快速设计系统CAFE系统[2]在装配R 模型中定义线束安装所需要的紧固件，并通过该系统实现装配R模型中的紧固件重量的自动计算。
        4 重量计算及导出
        基于CATIA软件VPM系统中零部件的属性映射可将CATIA线束模型中的所有相关导线的重心，连接器、接线端子、死接头、线束护套和装配紧固件的重量重心值以及惯量值以用户定制格式的EBOM表的方式导出。同时，基于CHS软件线束图可将每根导线与二维库中导线牌号重量信息关联，计算出每根导线重量，利用输出报表功能同样以用户定制格式的EBOM表方式导出。
        将两份EBOM表的数据结合，得到包含线束附件和每根导线的重量重心数据集合。最后，通过重心及惯性矩公式[1]计算得出每根导线的重量重心及惯量值报表，与其他线束附件、装配件重量重心及惯量值进行组合，进而得出整根线束的重量重心数据报表。
        如果进行多根三维线束模型和多张二维接线图、二维线束图交互操作，可同时在一个报表或分别在多个报表中输出多根线束的重量重心惯量值数据，便于统计及重量数据管理。
        5 结束语
        上述线束的重量重心计算方法可以通过参数化定义及软件二次开发实现。在线束重量重心计算之前，一次性录入所有相关导线和线束附件的重量信息后，相关设计人员仅需要少量的软件操作便可对已完成或初步完成的线束进行重量重心计算。线束的重量重心数据根据CATIA三维线束模型及CHS二维接线关系变化自动计算，所有需要的重量重心信息和数据均可自动导出。不仅提高设计效率、减少设计错误，得出比以往手工估算更为接近飞机真实情况的重量重心数据，还便于飞机线束重量的跟踪管理、全机重心的快速更新，可显著地缩短产品研发周期。
        参考文献：
        [1]重量平衡与控制[M].飞机设计手册，北京：航空工业出版社，1999.
        [2]王冰，吕军.基于全三维设计的紧固件辅助系统研究与实现[J].航空制造技术，2013（3）.
        [3]刘木君，张石柱.基于MBD 的飞机结构件重量计算.科技创新与应用，2014年第23期.