1974年3月3日，土耳其航空981空难成为了当时骇人听闻的事故。由于飞机的设计存在缺陷，事发当天981次班机从巴黎的奥利机场起飞，在飞离巴黎不久，这架航班的货舱门就突然自行打开并“飞”走了，随后飞机失去控制，坠向大地，造成机上三百多人死亡，无一生还。1989年2月24日美国波音747货舱门设计缺陷导致同样类型的空难再次发生。

关于货舱门设计不当导致的飞机事故，已经引起了各界的关注。货舱门的外形尺寸、结构形式、开启方式和锁定机构等方面也存在差异。货舱门不仅是运输飞机设计、制造和维护的难点，也是关系到飞机飞行安全的关键部件。特别是对于机身大开口刚度、货舱门结构、操纵机构、锁定机构和运动轨迹控制等方面都有非常高的要求。

货舱门是运输机上一个非常重要的部件，它的功能、使用寿命、安全性、维修性和可靠性直接关系到飞机的服役时间。货舱门的设计质量也与人员及货物的安全进出直接相关。如果设计不当，在高空飞行时可能会发生货舱门意外打开的情况，导致压力舱减压。同时还会严重影响飞行稳定性，改变空气动力特性，严重时甚至会导致飞机坠毁解体。

下面我们利用Altair的仿真软件对某型货机货舱门进行模拟设计。该型货机货舱门操纵机构涵盖开启机构、锁定机构和保险机构三个部分。

货舱门机构多体动力学建模

货舱门动力学模型的坐标系与机体坐标系一致。货舱门刚体模型中包含的运动驱动有3个：开启电机的位移驱动、锁定电机的位移驱动和手动保险机构的位移驱动。货舱门刚体模型中连接物体之间的摩擦力通过子系统的方式创建，在子系统中设置静摩擦系数、动摩擦系数、动静摩擦转化速度和摩擦力作用半径等参数。

货门机构动力学分析及优化

使用原始设计的货舱门的刚柔耦合动力学模型，对整个机构系统的解锁、开启、关闭、上锁过程进行了仿真。仿真结果提供了在整个运动过程中各机构组件所承受的应力情况。在开关锁的过程中，各个机构部件会不断地受到不同的力作用，其中受力较大的部件主要集中在锁定机构。而在开关门过程中，受力较大的部件主要集中在开启机构。

使用MotionSolve结合HyperStudy的方法可以进行动力学分析的优化。通过改变导向轴内腔表面的设计，即改变滚轮锁销在导向轴内腔表面上滑动的轨迹，可以有效地减少支撑力的负荷。

在简化模型中，我们可以通过在电机轴上施加驱动力来模拟电机的输出扭矩，并在门解锁过程中，在导引锁位置施加反向力以模拟导引锁的支持反力。通过对模型进行优化，可以得出以下结论：调整直角拉杆的空间坐标不仅可以减少其受力，还能降低电机的输出转矩。

使用经过优化的新交点，制作直角拉杆的模型并生成柔性体，将其导入到货舱门的刚柔耦合模型中进行重新计算。通过优化，直角拉杆对应的导引锁的初始角度较小，这样在传递扭矩给导引锁时，直角拉杆对导引锁的力臂比优化前要大，从而减小了直角拉杆所受的力。

通过动力学仿真过程可以推断，在推开门的过程中，导引锁对锁销的有效力是导引锁作用在锁销上的力在门运动方向上的分力。导引锁对锁销的力方向主要受滚轮锁销在导引锁内腔表面滚动轨迹的影响。因此，通过调整导引锁内腔表面的轨迹，可以改变导引锁对锁销的力的方向，使其在门运动方向上的分力增加，从而减小直角拉杆的支持反作用力。

通过使用改进后的导引锁模型，并将其导入到货舱门的刚柔耦合模型中，重新进行运动过程的仿真计算。从载荷曲线的比较可以看出，优化后直角拉杆的整体受力有所减小。改进前的最大载荷为6418.45N，而改进后的最大载荷为3436.54N。

使用优化的直角拉杆新交点和改进的导引锁模型，将其导入到货舱门的刚柔耦合模型中，对整个运动过程进行仿真计算。载荷的最大值由优化改进前的6418.45N降至优化改进后的3340.00N。通过对比应力云图，可以看出直角拉杆的最大应力由优化改进前的930.00MPa降至优化改进后的484.00MPa。

利用 HyperMesh 建立货舱门机构的刚体模型和刚柔耦合模型，并通过 MotionSolve 和 HyperStudy 对当前舱门机构设计进行优化，全面评估当前的机构设计性能。通过优化设计技术对直角拉杆交点优化和导引锁内腔面形状进行了改进，得到满足要求的机构改进方案。

在货舱门机构优化设计的过程中所形成的技术路线和流程方法，能够为后续舱门机构优化设计提供经验和规范，有助于提高产品设计的水平，缩短产品研发周期。此外，对于飞机舱门的安全使用而言，也是一个重要的质量保障。