航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)

于 群,孫方成,石 宏

（沈陽航空航天大學(xué)航空航天工程學(xué)部,沈陽 110136）

1 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種高度精密復(fù)雜的熱力機(jī)械，享有“工業(yè)之花”的稱號(hào)，它的工作狀況直接影響飛機(jī)的飛行性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)也是一個(gè)國家科技、工業(yè)和國防實(shí)力的重要體現(xiàn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是由成千上萬個(gè)零部件裝配而來，裝配復(fù)雜，作為新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的支撐手段，數(shù)字化制造技術(shù)已成為提升航空制造水平的關(guān)鍵制造技術(shù)。數(shù)字化裝配涉及了數(shù)字化、自動(dòng)化、柔性化及計(jì)算機(jī)等技術(shù)。它在改變航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的裝配方式的同時(shí)，數(shù)字化形式對(duì)于提高制造效率和制造質(zhì)量也有同樣重要的影響，成為了發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化制造技術(shù)的重要方向[1]。將逐步成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝技術(shù)的主要技術(shù)。

2 數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字化裝配技術(shù)是提高產(chǎn)品制造質(zhì)量、降低制造成本的一項(xiàng)技術(shù)。數(shù)字裝配方法不僅包括在傳統(tǒng)的數(shù)字化裝配概念中對(duì)模具的設(shè)計(jì)、制造和裝配的虛擬仿真,而且包括柔性裝配和無框架裝配等自動(dòng)裝配方法。航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字裝配技術(shù)是數(shù)字裝配技術(shù)、數(shù)字柔性裝配工裝技術(shù)、光學(xué)檢測(cè)與反饋技術(shù)、數(shù)字鉆鉚技術(shù)、數(shù)字化綜合控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用[2]。

數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)：基于模型的定義(MBD)技術(shù),即集成的三維實(shí)體模型是用來表達(dá)產(chǎn)品定義信息為唯一制造依據(jù)。基于數(shù)字的定義,MBD技術(shù)采用三維建模,定義數(shù)碼產(chǎn)品,建立了全機(jī)三維數(shù)字樣機(jī)和三維模具模型,滿足配合要求。在工藝仿真過程中,可以生成裝配過程的三維過程圖和多媒體動(dòng)畫,為數(shù)字裝配工藝領(lǐng)域的應(yīng)用提供了依據(jù)[3]。

數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)：是航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜零部件設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢測(cè)一體化，提升檢測(cè)效率與水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。應(yīng)采用基于數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備（坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光跟蹤儀、激光雷達(dá)、激光掃描儀等）的產(chǎn)品三維檢測(cè)與質(zhì)量控制手段，建立數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)體系，開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)規(guī)劃與測(cè)量數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，制定相應(yīng)的數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)規(guī)范，以實(shí)現(xiàn)提高檢測(cè)效率與質(zhì)量的目標(biāo)。

數(shù)字集成控制技術(shù)：在航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字裝配過程中,有許多軟硬件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理方法。設(shè)計(jì)、定位、鉆孔、連接等數(shù)據(jù)之間存在著大量的交互與協(xié)調(diào)。集成控制技術(shù)是交互協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。它通過通信網(wǎng)絡(luò)、信息共享,將數(shù)字裝配技術(shù)中的所有支撐單元集成起來,形成閉環(huán)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行[4]。

3 國內(nèi)外在裝配方向的研究現(xiàn)狀及分析

目前，數(shù)字化裝配技術(shù)在飛機(jī)裝配中應(yīng)用較多，以西方為代表的部分發(fā)達(dá)國家一直致力于飛機(jī)數(shù)字化裝配對(duì)接技術(shù)的研究探索，不僅對(duì)工裝平臺(tái)設(shè)備、安裝方法進(jìn)行改進(jìn)，而且在科研領(lǐng)域不斷進(jìn)行飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配技術(shù)的研發(fā)與探索。洛克希德馬丁公司最先將柔性裝配技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)制造生產(chǎn)中，通過激光定位的精密鉆孔、鉚接等自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了飛機(jī)的生產(chǎn)效率，而且有效的降低了生產(chǎn)成本。空客公司的A380飛機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)用了自動(dòng)鉆鉚技術(shù)來連接記憶壁板，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化鉆鉚裝配生產(chǎn)線。

在科學(xué)研究領(lǐng)域，國外學(xué)者對(duì)于先進(jìn)數(shù)字化裝配技術(shù)也在持續(xù)研究探索，主要包括系統(tǒng)辨識(shí)與控制器設(shè)計(jì)兩部分。在系統(tǒng)辨識(shí)方面，Tutunji T等通過對(duì)脈沖響應(yīng)的系統(tǒng)辨識(shí)方法進(jìn)行研究，提出了一種基于脈沖響應(yīng)的遞歸辨識(shí)算法，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)以及陀螺儀系統(tǒng)的辨識(shí)；在控制器設(shè)計(jì)方面，Ahmed Rubaai等對(duì)遺傳優(yōu)化的模糊PID控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并成功將其應(yīng)用于基于DSP的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制中，有效提高了電機(jī)的響應(yīng)性能 ；Wlison Latombe等通過分析裝配關(guān)系，應(yīng)用方向阻礙圖分解零件并得到裝配順序的與或圖；Lee等利用啟發(fā)規(guī)則生成了裝配順序。

國內(nèi)對(duì)于數(shù)控柔性化裝配技術(shù)的研究起步較晚，但很多學(xué)者進(jìn)行了有益的探索，取得了許多有指導(dǎo)意義的成果。劉春針對(duì)飛機(jī)大部件的數(shù)字化對(duì)接進(jìn)行了研究，提出了利用激光跟蹤儀的機(jī)器人輔助定位的自動(dòng)工裝方法；陳哲涵等通過構(gòu)建飛機(jī)裝配過程的檢測(cè)數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行了裝配中數(shù)據(jù)檢測(cè)的研究；由沈陽航空航天大學(xué)石宏教授課題組設(shè)計(jì)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子柔性系統(tǒng)平臺(tái)下部軌道車架支撐系統(tǒng)，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了數(shù)字化裝配技術(shù)是未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝的趨勢(shì)。

4 結(jié)束語

航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝技術(shù)是其制造工藝技術(shù)的重要組成，是其制造過程中的最后階段，也是最為重要的階段。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征在一定程度上決定著其裝配過程特征。為了有效的解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)裝配中提高裝配效率的問題，應(yīng)用先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配方式迫在眉睫。因此,在傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)水平下，引入數(shù)字化柔性裝配方式，對(duì)于裝配發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量、性能、可靠性和生產(chǎn)率起著非常關(guān)鍵的作用。

[1]石宏.航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2015.

[2]陳雪梅,劉順濤.飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2014(Z1):60-65.

[3]郭具濤,梅中義.基于MBD的飛機(jī)數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2011(22):74-77.

[4]于勇,陶劍,范玉青.波音787飛機(jī)裝配技術(shù)及其裝配過程[J].航空制造技術(shù),2009(14):44-47.