0 引言
航天飞行器通常采用伺服系统为舵机的作动装置，通过伺服作动器内部的驱动装置，实现舵机伺服机构的复杂机械运动，带动翼舵舵轴转动，进而使翼舵转动，最终通过翼舵等活动部件实现飞行器的姿态控制。在飞行器结构布局设计时，飞行器内部的舱体空间有限，舱体内部安放电气设备较多，舵机伺服系统运动包络较大，这些问题都会造成舵机伺服系统运动干涉。因此舵机伺服系统在根据翼舵的使用要求确定尺寸和力矩之后，还要根据其安放在飞行器的位置进行运动干涉分析检查。常用的运动干涉分析软件如ADAMS、NX、Creo和CATIA等，由于CATIA软件在三维建模时具有强大的曲面设计功能和实体建模功能，同时CATIA软件具有良好的运动仿真分析功能，因而广泛在飞行器结构设计和电器设备设计中使用。
本文基于CATIA软件详细介绍航天飞行器舱体包络和舵机伺服系统模型创建、舵机伺服系统运动仿真实现过程和干涉检查方法。
1 舱体包络和伺服系统布局
舵机伺服系统在运动干涉检查前，需要确定飞行器的舱内包络，并根据翼舵在飞行器的实际位置确定舵机伺服系统在飞行器舱内位置，如图1所示。在运动干涉检查时，当伺服舵机与舱体包络面干涉，表明伺服舵机布局不合理或伺服舵机设计不满足要求。
2 舵机伺服系统数模
利用CATIA软件建立好舵机伺服系统的三维数模，其中包括翼舵轴、连接杆、伺服作动器的活塞杆、伺服作动器的主壳体和支座。三维数模示意图如图2所示。根据建立好的舵机伺服系统三维模型和伺服机构的装配关系，在CATIA软件的装配模块中对各个零件进行装配，可以根据需要建立各个零件的约束关系，也可以在后续的运动仿真中建立接合时，软件自动建立各个零件之间的连接约束关系。
3 舵机伺服系统运动过程
伺服作动器在内部作动电机驱动下，推动与作动器壳体连接的活塞杆，使活塞杆产生水平运动，活塞杆推动连接杆，连接杆带动翼舵轴转动，同时活塞杆也给伺服作动器主壳体一个向后的反作用力，使得伺服作动器主壳体绕支座转动。支座固定在飞行器上，翼舵轴除转动外，相对飞行器无平动。
4 运动干涉检查方法
舵机伺服系统在运动过程中主要有2种运动副:一种是旋转运动副，另一^种是棱形运动副，除此还有刚性副。其中需要创建旋转运动副的零件有翼舵轴与飞行器、连接杆与活塞杆、主壳体与支座;需要创建棱形运动副的零件是活塞与主壳体;需要创建刚性副有连杆与翼舵轴。运动副创建完成后，根据运动副之间的运动函数关系利用程序控制完成命令项的创建，利用干涉分析模块检查舵机伺服系统运动时的干涉状况。
4.1 旋转副创建
在DMU运动机构工作台中，选择运动接合模块中的旋转接合，创建新的机械装置。舵机伺服系统旋转运动副有翼舵轴与飞行器、连接杆与活塞杆、主壳体与支座三对，在旋转接合对话框中，分别选择翼舵轴与飞行器、连接杆与活塞杆、主壳体与支座相关零件一对重合轴线和一对平行平面，完成旋转接合的创建，如图3所示。
4.2 棱形运动副创建
选择DMU平台下的棱形接合模块，舵机伺服系统棱形运动副是活塞与主壳体。在棱形接合对话框中，分别选择活塞与主壳体零件平行一对直线和平行一对平面完成棱形接合创建。棱形接合创建，如图4所示。
4.3 刚性副创建
选择DMU运动机构平台下的刚性接合模块，舵机伺服系统刚性副是连杆与舵轴。在刚性接合对话框中，直接选取连杆和舵轴完成刚性接合创建。刚性接合创建，如图5所示。
伺服舵机机构的全部运动副建立后，在DMU运动机构平台对飞行器的固定件建立固定约束。
4.4 命令创建
在结构树中，根据舵机伺服系统每一个运动副的运动范围，在接合限制文本框输入具体数值，完成命令的创建，如图6所示。
4.5 运动副函数关系创建
在结构树下的“命令”，右键选择“编辑命令”，在命令值文本框处点击右键，出现公式编辑器，选择运动副的参数，切换至“知识工程”的“知识顾问工作平台”选择“规则”，根据舵机伺服系统运动副之间的运动函数关系完成程序控制。编辑命令，如图7所示。
4.6 干涉检查功能创建
在DMU—般动画平台下，设置“碰撞模式”为“碰撞检测停止”模式。选择运动模拟的“法则曲线进行模拟”并激活传感器，在传感器的对话框下设置检测碰撞，如图8所示。播放机构运动启动检测。根据干涉检查结果确定舵机伺服系统运动过程中与给定的航天飞行器包络产生干涉的位置及运动参数，用以指导舵机伺服系统优化设计。
5 结果对比
利用本文所介绍的舵机伺服系统运动干涉检查方法开展的仿真结果，与模装试验结果进行了对比。两者完全一致。模装试验如图9所示。
6 结语
本文详细介绍了CATIA软件对航天飞行器舵机伺服系统数模建立、装配、运动仿真和干涉检查的全部过程。文中所述方法可为其它机构运动仿真和干涉检查提供参考。
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