飞机复合材料机身壁板装配技术分析与展望

复合材料以其优异的综合性能在航空航天领域得到了大量应用,其应用范围逐渐从次承力结构向主承力结构扩展,包括在机身结构的组成方面,传统的金属组装壁板逐渐被复合材料整体壁板所取代。由于复合材料壁板具有不同于传统金属材料壁板的装配工艺特点,因此对其装配方法和装配工艺提出了新的要求。针对圆筒状机身复合材料机身壁板的装配过程,分别介绍了复合材料机身壁板大尺寸测量技术、复合材料机身壁板装配定位调姿技术和复合材料机身壁板的先进制孔连接技术,系统总结了近年来国内外相关研究进展和应用情况,指出了飞机大尺寸复合材料结构装配技术未来的研究与应用方向。

飞机大型梯架工装快速设计技术研究

传统人工模式设计飞机大型梯架工装存在速度慢、效率低、计算复杂繁琐和梯架工装设计质量不稳定等问题,为缩短大型梯架工装设计周期,提升设计质量,对大型梯架工装结构进行研究。基于大型梯架工装标准零件构建方案、非标准件参数化设计方案、各部件装配定位方案和CATIA CAA技术开发大型梯架工装快速设计系统,实现大型梯架工装的快速设计。经设计实例验证,使用此系统进行大型梯架工装设计平均耗时仅为传统人工设计平均耗时的9.2%,降低了大型梯架工装制造成本,提高了设计效率,对于实际工程应用具有参考价值。

飞机壁板装配偏差传递与演变及其优化方法

壁板的装配准确度直接影响飞机的气动力特性,在装配过程中受到夹紧力、铆接力、回弹力、装配顺序等影响,壁板将发生不同程度的变形,装配变形与零件偏差、夹具偏差等相互耦合,导致壁板最终的装配准确度难以预测和控制。针对以上问题,本文对壁板装配过程中偏差的传递与演变规律进行研究,构建了壁板装配偏差传递与演变的刚柔混合模型与壁板装配准确度的评价准则;采用确定性分析法计算壁板的刚性定位偏差,并通过建立多步夹紧和不同长桁装配顺序下的偏差状态空间模型,揭示了壁板装配过程中偏差的演变规律,实现了壁板装配偏差的准确预测;提出了基于代理模型和智能优化算法的长桁装配顺序稳健优化设计方法,通过装配顺序优化使壁板的装配质量得到了整体提升。

基于实测数据的飞机虚拟预装配技术发展综述

新一代飞机等航空重大型号呈现出高隐身、重载、远程、长寿等阶跃发展新特征,使得现有基于理论模型的数字化装配仿真协调技术难以满足其超高的装配精度与服役性能要求。针对上述装配精度进一步提升的新需求,介绍了一种引入装配关键特征实测模型的虚拟预装配技术,通过在装配过程中精准表达零件制造误差与装配累积误差,实现在精度要求超高的装配关键部位质量精准控制与溯源调整。通过分析该技术实现特点,厘清了基于实测数据的飞机虚拟预装配技术体系框架。梳理了飞机复杂结构的装配关键特性识别与分析、面向虚拟预装配的零件几何特征测量与重构以及面向装配语义与几何特征约束的虚拟预装配分析等相关关键技术的发展现状,结合新一代飞机的超高尺寸精度与服役性能需求,得出了数字孪生体系下面向实测模型的虚拟预装配技术发展新趋势。

基于数字化测量技术工装杯锥系统研究

为了提高飞机大部件的生产制造效率,采用模块化的工装设计方案,保证了产品装配的灵活性。通过对产品制造的技术需求进行分析,确定了以杯锥系统作为工装模块化机构的一部分,设计其上下结构的杯锥定位方式,并通过FEMA分析,满足工装设计标准。同时基于激光跟踪仪数字化测量技术,介绍实际坐标系与理论坐标系拟合转化过程,分析其测量数据,确定偏差来源。利用跟踪仪自重水平仪建立大地坐标系,对杯锥系统的机械结构进行水平测量与调整,保证工装重心的稳定性。最后验证杯锥系统的重复定位精度,符合技术要求。采用模块化的工装杯锥系统方案,满足工装的高精度使用要求,提高最终产品的制造精度,节约成本,缩短制造周期。

飞机装配质量数字化检测技术应用研究

国家的综合实力不仅取决于其军事和经济实力,还取决于高新技术水平,尤其是在飞机制造等领域。飞机装配技术水平的提升成为国家及相关部门的工作重点之一。然而,随着对飞机装配工作的要求越来越高,其实施难度也在增加。在这一背景下,如何利用数字化检测技术提高飞机装配的质量是相关人员需要思考的首要问题。以数字化检测技术为切入点,对其进行了基本概述,分析了将其应用于飞机装配中的优势,并介绍了飞机装配质量数字化检测技术的要点,提出了相关的应用策略。

采用多元非线性回归模型的无头铆钉安装干涉量预测

为明晰被连接件材料性能对安装干涉量的影响规律,并进一步为新材料扩展应用提供可靠性预测,在铆接过程有限元仿真数据基础上,提出了一种采用多元非线性回归模型的无头铆钉安装干涉量预测方法。首先,根据实际铆接过程建立有限元仿真模型,通过铆接试验验证模型有效性。然后,采用有限元和正交试验法,研究了被连接件弹性模量、屈服强度、强化系数和应变强度指数及其交互作用对铆接干涉量水平的显著性,明确了各因素对安装干涉量的影响效果。最后,选用幂函数作为多元非线性回归的函数形式,剔除显著性较低因素项,建立了待测位置干涉量回归预测模型。结果表明,在一定铆接工艺条件下,屈服强度和应变强度指数及其交互作用是影响干涉量水平的主要因素。对比模拟值与回归模型预测值发现两者变化趋势一致,且误差不超过10%,表明干涉量多元回归预测模型具有有效性。

装配应力对飞机管道随机疲劳寿命的影响分析与试验验证

针对飞机液压管路连接件疲劳断裂问题,基于随机振动理论对带有轴向装配偏差的液压导管进行疲劳寿命预估。从建立真实飞机液压系统管路连接件有限元模型入手,分析轴向装配偏差产生的装配应力对结构的影响规律,通过试验获取不同轴向偏差下的管路连接件的阻尼比。利用有限元分析软件进行随机振动分析,获取危险部位的应力响应功率谱密度函数,结合Miner线性损伤理论,对含有装配应力的管路连接件进行了随机振动疲劳寿命预估。设计并进行了管路共振疲劳试验,发现管道裂纹萌生位置及疲劳寿命下降趋势与仿真结果契合,仿真及试验结果表明当轴向偏差达到0.8 mm时,严重影响到了飞行安全。研究成果为航空液压管路的设计及装配理论研究提供理论参考和技术支撑。

基于单目视觉的散堆铆钉识别与定位技术

针对自动送钉过程中散堆铆钉识别与定位困难的问题,提出一种基于单目视觉的识别与定位方法。通过研究铆钉的反射光强获得钉杆的灰度分布规律,以参数化的方式构造了铆钉模板,并提出基于灰度匹配的铆钉识别算法。将单目视觉与激光位移传感器结合获取铆钉的空间位置,同时为解决单目视觉在测量不同深度下的铆钉位置存在原理性误差的问题,研究了一种重复定位拍照的测量方法,使真空吸嘴与钉杆中心的最大位置偏差由7.86 mm降低到0.87 mm。实验表明,灰度匹配算法的铆钉识别准确率在85%以上,并能适应30%~70%的照明亮度变化。使用该方法的机器人抓钉节拍最长为3.32 s,可留有充足的时间将铆钉输送至自动钻铆设备,满足自动钻铆设备的需求。

基于混合算法的飞机部件装配静态调度方法研究

飞机部件装配生产工艺流程复杂、生产周期长,如何制定高效的生产调度计划是急需解决的问题。分析了飞机部件装配的工艺流程,建立了飞机部件装配调度的约束条件,包括装配工序的先后约束和装配工装占用的约束,建立了飞机部件装配调度的目标函数,包括最小化拖期惩罚和最小化最大完工周期,对飞机部件装配调度问题进行了合理的假设和抽象,并建立了飞机部件装配调度模型。针对飞机部件装配静态调度问题,将粒子群算法和变邻域搜索算法进行了有效结合,设计了粒子群-变邻域搜索混合算法,并采用实例验证了该算法的有效性。

基于无线倾角传感器的活动翼面偏转测试

为了解决传统活动翼面偏转测试中传感器安装平行度要求高、线缆长、人工操作复杂繁琐等问题,提高空间角度测量准确性和现场测试效率,在分析倾角传感器底层测量原理的基础上,综合考虑飞机测试现场系统误差,参考已有的空间角度测量模型,对双测量轴空间旋转模型进行推导和改进.得到适用于机翼活动翼面绕水平轴偏转情况下的空间角度测量误差模型,提出适用于活动翼面偏转测试需求的倾角传感器校准方法.以该模型和校准方法为基础设计实现基于无线倾角传感器的大型飞机活动翼面偏转测试系统.实验平台旋转角度精度测试和活动翼面现场测试的结果表明,相对于现有方法,该校准方法能够获得更大有效测量量程以满足实际工况需求,提升角度校准精度,并显著提升测试效率.

飞机外翼对接位姿拟合粒子群优化方法

引入了一种基于特征点约束的飞机外翼对接位姿拟合粒子群优化方法,用于解决外翼对接时位姿拟合误差大的问题,以提高外翼对接精度。首先,通过建立外翼对接时的空间坐标系,分析外翼作为移动部件时位姿拟合误差产生的原因以及减小误差的关键点。然后,使用最小二乘法解算位姿调整参数,通过对特征点约束条件的分析,建立合适的目标函数建立数学模型。再次,引入粒子群算法对位姿调整参数进行优化解算,提高参数精度,从而减小了位姿拟合误差。最后实验验证了本文方法的可行性和有效性。

中外翼数字化装配精加工系统设计及关键技术研究

航空产品各组件对合面的形位公差要求很高,传统的手动及半自动加工方法效率低、精度差,很难满足任务需求。为了提高某大型飞机机翼发房尾舱与中外翼的对合精度,本文基于逆向工程技术提出一种自动测量技术,与数控机床结合,进行对合面铣削制孔加工的解决方案。根据工艺需求,利用激光扫描仪实现空间大部件对接面轮廓尺寸检测、基准提取和铣削量计算的方法,并通过试验进行了验证。结果表明,该系统显著提高了机翼发房尾舱与中外翼的装配精度和装配效率,具有很高的应用价值及推广意义,同时对其他复杂结构件的数字化设计、加工技术研究也有着积极的促进作用。

矫形力与垫片补偿对复合材料装配结构变形及螺栓夹紧力的影响

飞机复合材料构件成型精度较低进而导致装配间隙,可施加矫形力减小甚至消除间隙,若存在较大间隙需施加垫片进行补偿。以复合材料壁板为对象,通过试验的方法,观测壁板在矫形、螺栓连接以及撤矫形力过程的变形,以及矫形力撤出后螺栓夹紧力的变化。结果表明:壁板变形量随矫形力的增大而增大,相应垫片补偿尺寸减小,当矫形力达一定程度时,变形量趋于稳定;撤矫形力后,壁板回弹量随矫形力值近似呈线性关系,当矫形力达150 N时,最大回弹量为0.117 mm,占装配间隙的7.83%;撤矫形力后各区域螺栓夹紧力都有增加趋势,其中壁板与骨架存在间隙的区域,夹紧力增长相对明显,夹紧力变化最大为50 N,增长率为1%左右。

基于混合容差约束的飞机部件交点装配数字化协调方法

传统飞机部件交点装配数字化协调方法直接对交点轴线进行降维,未对交点轴线公差域进行建模,造成装配精度低、协调效果较差,为此提出基于混合容差约束的飞机部件交点装配数字化协调方法。对交点轴线公差域进行建模,基于混合容差约束进行交点轴线降维,以实现更精确的控制和检测,设计部件交点装配协调流程,实现基于混合容差约束的飞机部件交点装配数字化协调。实验结果表明,该研究方法显著提高了装配精度,具有较好的协调效果。

飞机复材主承力结构数字化高性能装配协调技术研究与应用

为满足新一代大型飞机复合材料主承力结构高精度、低损伤、低应力的装配性能与技术指标保证需求,本文以产品多种类关键特征耦合分析与控制为装配协调设计线索,以工程化应用研究为主线,系统地阐述了以关键特征识别、三维工艺容差仿真分析、装配过程变形预测、实测数据预装分析、高精度装配补偿等方法为主要技术路径的飞机复材主承力结构数字化高性能装配协调技术体系,并以典型复材外翼盒段部件装配为对象,对上述体系方法进行了全流程工程应用研究与试验验证,解决了复材外翼盒段部件装配协调设计与产品补偿策略设计问题,产品装配质量满足设计要求。

基于GRU神经网络和遗传算法的飞机装配站位物料配置方案优化

装配站位是飞机装配线基础管理单元,由于飞机装配作业过程繁杂并存在大量随机扰动,其管理者需要根据不断变化的工况频繁对在装架次的物料配置方案进行优化。为此,提出一种基于门控循环单元(Gated recurrent unit,GRU)神经网络和遗传算法的优化方法。为了克服离散事件仿真在评估效率方面的局限性,以仿真历史数据为学习样本,采用GRU神经网络构建物料配置方案评估仿真代理模型,模型以物料配置方案为输入,以在装架次预计完工时间和关键物料平均滞留时间为输出。将仿真代理模型作为目标函数评估模型与遗传算法相结合,实现物料配置方案全局优化。仿真验证结果表明,基于GRU神经网络的仿真代理模型能够准确、高效地评估物料配置方案,输出的优化方案能够有效缩短在装架次的预计完工时间和关键物料平均滞留时间。

超大空间温度变化对飞机装配协调精度的影响规律

飞机大型构件一般由多材料、多尺寸零/组件按照一定工艺装配而成,大尺寸装配空间场内的温度变化会引起零/组件在装配过程中产生较大且不一致的热变形,进而影响飞机产品装配协调精度。基于百万立方米全域作业空间内的飞机大型复材构件的高精度装配需求,研究了温度变化对工装及产品在不同材料组合方式的热变形影响。以5米级飞机典型复材翼盒构件装配为分析对象,结果表明当温度变化5℃时,影响装配协调精度偏差为0.1~0.2 mm。因此,在装配工艺设计过程中,需要考虑±5℃的温度变化对产品装配热变形的误差补偿,对提高飞机装配协调精度具有重要意义。

飞机前缘缝翼精准装配技术研究

该文主要探讨飞机机翼前缘与缝翼的数字化装配精准控制技术。从飞机的装配技术难点出发,结合机翼前缘与缝翼的数字化装配技术细致分析,深入讨论装配协调的各种方法及技术手段。该文最后提出一系列数字化装配协调的实施措施。期望此研究能为提升我国在飞机部件装配协调领域的技术水平提供有益的参考。

基于激光跟踪仪的飞机总装数字化测量场构建方法

航空制造业正逐步朝着高精度、高质量的方向发展,数字化测量技术已成为飞机总装的关键。然而,目前的测量场构建主要依赖技术人员的经验,在实施过程中需要反复试错并调整,效率低且人力投入大。为了解决上述问题,提出了一种基于激光跟踪仪的飞机总装数字化测量场构建方法。首先,将飞机总装数字化测量场作为物化模型进行分析研究,提出关键的影响因素。然后,采用模型分析、归纳总结等方法对测量场构建技术进行了研究,通过确定测量场覆盖范围、合理布局增强参考系统(Enhanced Reference System, ERS)点阵、建模仿真、标定ERS点、建立全局坐标系、评价不确定度等步骤,构建了一个科学合理的测量场。该方法在AG600飞机总装中得到了应用验证,证明了其有效性和可行性,可支撑工艺人员高效、准确地构建数字化测量场,满足了飞机总装高精度测量的需求。