航空發動機裝配技術分析

張振興，金帥，郝斌

（中國航發沈陽發動機研究所，遼寧 沈陽 110015）

在我國航空事業迅速崛起的同時，航空發動機裝配技術也不斷發展。航空發動機的諸多性能都與航空發動機的裝配效率、裝配質量等有密切關系，改善發動機裝配質量與裝配效率將有助于推促進我國航空事業的穩步發展。由此可知，針對航空發動機裝配的關鍵技術展開深入研究是非常重要的一項任務，這將有助于我國航空事業平穩而健康的發展。在整個發動機的生產制造過程中，裝配工作為最后的部分，這部分工作易出現問題，需引起相關部門的格外重視。在以往，人們需要依照既定的設計要求對航空發動機展開人工裝配，在人工裝配的過程中，一旦出現人為失誤將會嚴重影響發動機的裝配質量，甚至帶來嚴重的后果。可以說，人工裝配阻礙了航空發動機的穩步發展。隨著數字化時代的到來，航空發動機裝配逐步淘汰了人工裝配，數字化裝配得以全面應用，人們可借助虛擬設計而提升航空發動機的設計精準度，這不僅節約了大量的勞動力，還降低了失誤率，避免出現嚴重損失，改善了航空發動機的裝配質量與裝配效率，令航空事業得到更好的發展。

在本文中，筆者先對航空發動機裝配方面的關鍵技術進行介紹，隨后就虛擬裝配技術與數字化柔性設計進行了一系列闡述，指出有必要持續提升航空發動機裝配的數字化與智能化水平。在開展航空發動機裝配工作時，應進一步研究這些技術，令發動機裝配工作有更高的精準度，并降低事故發生率，從而推動我國航空事業穩步發展。

1 航空發動機裝配方面的關鍵技術

虛擬裝配技術與數字化柔性設計是航空發動機裝配過程中最核心的技術。在航空發動機裝配技術中，虛擬裝配技術占據重要地位。所謂虛擬裝配指的是針對裝配工業而展開虛擬仿真，其能夠向航空發動機裝配提供具有可視性的裝配過程，進而幫助其找尋出設計方面存在的問題，改善質量情況。數字化柔性設計囊括實體建模、工藝過程設計、依托于形位公差而應用的容差分析技術等。在應用這些技術的過程中可以融合以往豐富的經驗，并結合現代計劃作業模式，引入數字化的管理工具。這樣能夠促使這些技術在航空發動機裝配方面發揮更大的作用，從而全面改善航空發動機裝配的質量情況，提升裝配效率，推動航空發動機裝配技術實現質的飛躍。

2 虛擬航空發動機裝配技術

虛擬航空發動機裝配技術主要內容包含構建虛擬發動機裝配系統、裝配過程仿真技術、建模裝配模型等。借助發動機裝配技術虛擬化方式，可以虛擬操作發動機裝配方案，對于裝配方案的設計是否存在問題進行檢驗，若發現問題，在設計計算機的過程中，能夠及時將問題處理，確保不會在裝配發動機實踐工作中產生經濟方面的損失和其他風險。虛擬航空發動機裝配技術促進了相關行業朝著現代化、科學化的方向不斷發展，也全面提升了裝配工作的規劃性。

2．1 構建虛擬裝配系統結構

在裝配虛擬航空發動機時，虛擬裝配系統將軟件和硬件結合起來形成了計算機系統，其中，需要將航空發動機設備的各種參數與模型輸入航空發動機設備中，之后借助這一虛擬裝配系統中的各種工具和功能，能夠履行相應的工作過程。虛擬系統能夠模擬裝配航空發動機的整個過程，這一過程能夠通過文件、動畫、模型等多元化的方式進行展現，并且在培訓公司員工時，也能夠借助效果較好的仿真動畫，促使公司員工對裝配航空發動機的工作過程有深入的了解和認知。

2．2 裝配模型建模技術

利用三維數字化模型，能夠構建航空發動機裝配模型，在此過程中，用依賴約束關系與聚合關系來實現各項物理參數，在建模過程中，按照時序，編制模型規則，表達裝配航空發動機的過程，構建模型。整個建模過程中，參考和借鑒了之前有益的經驗，結合各項工作的順序，實現了裝配航空發動機的數字化、可視化展現。

2．3 仿真裝配過程技術

仿真裝配過程技術體現了數字化裝配航空發動機，可以使得裝配航空發動機的整個工作過程可視性更強，這一技術主要對可裝配性和裝配的精準度進行研究和分析。可裝配性分析技術模擬了裝配航空發電機的整個工作過程，其優點較為顯著：可裝配性分析技術可以對裝配航空發電機整個過程中是否存在操作層面的問題進行精準檢驗，可以使得設計單位在實施工作之前，就明確問題，有效優化裝配方案，多次開展可裝配性分析，能夠避免設計方面出現問題，而且可裝配性分析技術能夠演示裝配航空發動機的全過程；實施分析研究之后，能夠將零件中互相存在的干擾問題及時查找出來，有效地糾正錯誤和問題，促進裝配零件質量全面優化；通過可裝配性分析技術，還能夠優選最佳裝配計劃，檢驗裝配發動機方案次序，提升裝配工作的經濟性、科學性，并最大限度地節省工作時間，提升工作的便捷度。

裝配精度分析技術以裝配發動機模型為應用基礎，其可以測試裝配發動機過程的敏感性。這一技術為裝配航空發動機的相關工作提供了很多必備功能，包含：裝配精度分析技術在設計發動機時，就能有效檢驗裝配發動機的精度，避免之后在裝配過程中出現需要糾正精度的問題，使得工作時間與各種資源消耗都能夠降到最低；在裝配發動機前，這一技術能夠預測裝配方案影響發動機裝配的情況；這一技術還能夠對裝配發動機存在的質量問題進行及時把握，出現問題能夠敏銳地發現，從而有效解決和處理問題，將風險隱患控制在最低水平內，避免產生負面影響和危害。

3 裝配過程數字化柔性設計

3．1 實體建模技術

虛擬裝配航空發動機模型時，首先需要充分考慮設計方案中的要求，準確分析發動機尺寸的情況，關鍵性尺寸要明確化。其次需要立足技術層面和理論層面，研究建模的各種方法，應用科學的建模技術。實體建模技術要研究尺寸隨機建模的情況，結合具體情況，分析建模時需應用的方法。主要方法包含電子表格驅動圖形、表達式和特征驅動圖形、系統尺寸和參數約束等，這些方法都能夠構建實體模型。

3．2 規劃設計裝配過程

依據裝配發動機的工作情況，對其工作流程有扎實地了解和把握。把零組件和產品各種信息引入系統中，結合裝配的知識庫、資源庫，自動產生工作流程的相關功能，發動機產品三維數模設計是基礎，要構建量具、測具、工裝等各項資源庫，構建工藝設計和管理的科學工作流程；結合裝配基準、定位方法、裝配單元等信息，建立裝配過程模擬的外部環境，提供裝配路徑和產生的防碰路徑、自動探測功能、軌跡等，深入分析裝配工藝是否可行。在三維模型的裝配分析的基礎上，實現可視化模擬，研究裝配工藝的人性化特點，模擬零件之間的關系，同時也研究裝配工作的精準度，確保其能夠便捷化地開展，有效地節約時間和各項資料。

3．3 基于形位公差的裝配容差分析技術

基于形位公差的裝配容差分析技術是借助選擇使用最佳的計算方式，分析包含裝配容差和零件容差在內的模型。零件表面的粗糙度、圓度等問題不需要考慮，和配合面完全貼合；如果其中某個表面不夠光滑，就需要通過點和面的配合與接觸，順利完成整個裝配過程，所建立的這一平面屬于虛擬配合面，其能夠展現各個表面之間的配合情況，如它們彼此之間的配合出現問題，也能夠直觀地表現出來。

4 結語

在影響發動機發展與進步的各項現代化科學技術中，航空發動機裝配技術屬于至關重要的一項技術，每一個制造和設計發動機的單位，都必須深入分析和研究裝配發動機的重要技術，積極進行突破和創新，強化數字化管理，避免在裝配過程中產生經濟損失或裝配失誤，全面提升裝配發動機的質量與效率，與此同時，充分提高生產航空發動機的能力以及所生產的產品質量。對虛擬裝配發動機技術展開深入分析和研究，針對其開展數字化柔性設計，可以促進裝配發動機工作朝著智能化、科學化的方向繼續發展與進步，也能夠促進裝配發動機的工作更為可靠，可信度更高，實現航空發動機事業穩定而快速的進步。