飛機數字化裝配技術應用探討

周華

【摘?要】基于數字化技術的大型飛機安裝徹底打破以往以鋼絲繩吊裝發動機的形勢，消除吊裝過程中因柔性擺動而導致的安裝位置難以控制、安裝精度不足的問題，真正實現可控的數字化發動機調姿過程。

【關鍵詞】飛機數字化裝配技術;測量;定位和連接問題

前言

對接安裝作業位于飛機發動機裝配的末端，安裝質量在一定程度上決定了飛機運行的安全性和穩定性。相較于飛機發動機研發，有關發動機裝配的技術水平比較滯后。數字化技術的發展和應用給發動機裝配技術創新帶來新的切入點，有必要對相關工藝進行研究。

1飛機數字化對接安裝工藝構成

1.1激光測量系統

激光測量系統由T-CAM、T-PROBE激光跟蹤儀、聯合控制器、定位器等專業設備構成。系統配備多種測量計算方式，如直線擬合、橢圓擬合、投影測量等，得到全面、多角度的測量數據。激光測量系統的運行原理為，測量儀發出激光照射被測量對象，根據照射反饋出的光學信號及標準光軸偏差角度，計算被測量對象與測量點之間的真實距離，以此來對目標進行調整。激光測量是飛機發動機數字化安裝對接的第一步，系統與集成管理中心相連接，在接收到系統指令后，激光測量系統依照指令要求自動測量飛機發動機導軌。在定位到適當安全角度后，再將測量結果傳輸回集成管理中心。若測量過程因外界干擾而產生較大的誤差時，系統自動報警提醒現場人員及時進行處理，以便得到最精確的數據反饋信息。

1.2脈動生產線集成管理系統

脈動生產線集成管理系統能夠將激光測量系統、站位控制系統、數據庫等子系統相整合，以對飛機機身、發動機及其他大型構件的位置和形態進行調整。該系統是飛機總裝脈動生產線的中心，對其他子系統的運行狀態進行監督和調控，以保證飛機裝配過程高效、順利進行。集成管理系統接收來自激光測量系統的真實數據，依照系統內設標準對數據進行分析，向對接安裝平臺下達指令，調整發動機位置及方向。若發動機達到指定位置，系統結束調整任務，若不符合要求，繼續調整直到發動機滿足對接安裝的要求。

2裝配單元姿態的測量與評價技術

傳統裝配方式下裝配單元姿態主要依靠裝配單元與工裝型架的符合性進行評價，如外形的評價依據是外形卡板，交點的評價依據是交點定位器等。在數字化裝配的條件下，裝配單元的姿態是通過測量確定的。確定裝配單元的姿態主要通過測量實現，依據測量數據對裝配單元姿態進行評價，從而判定裝配單元與設計數模的符合性。將裝配單元考慮成為一個剛性體，理論上只要確定這個剛性體上空間不共面的三個點即可定位這個剛體。但實際上裝配單元并非是剛體，所以需要采用更多的點來評價裝配單元的姿態。在數字化裝配的條件下，一般選用裝配單元上設定的基準來評價裝配單元的姿態。這些基準通常選用裝配單元的一些確定的點，且這些基準在裝配過程中是統一的，一致的。在裝配單元本身裝配過程中，這些基準點是裝配單元裝配的基準，在裝配單元姿態的評價過程中，這些點是裝配單元姿態評價的基準。以機身壁板為例，基準一般為機身框上取制的基準，這些孔是機身壁板裝配時框的定位基準，在機身總裝配過程中，各壁板的姿態通過安裝在這些孔上的激光測量靶標，評價壁板姿態。在確定裝配單元評價的基準后，裝配單元姿態評價就是確定這些基準的空間坐標。在數字化裝配的條件下，一般采用激光跟蹤儀或I-GPS來確定這些基準的坐標。

3裝配單元空間六自由度調姿技術

將裝配單元考慮為一個剛體，可將其分解為無數相關聯的點，其中任何一點在空間坐標系內都具有確定的坐標X/Y/Z和α/β/γ三方向轉動的六自由度的任意組合，通過調整這一組合任意坐標值的變化，這一點的姿態就會發生變化，從而帶動相關聯點的變化，因此剛體的姿態就發生了變化。基于這種原理，剛體就從一個姿態到另一個姿態的變化可以通過X/Y/Z和α/β/γ的任意組合運動實現。按照上述調姿原理，在對裝配單元調姿過程中，僅需要對裝配單元施加一定的外力，使其能按照既定的調姿路徑運動，根據并聯機構逆運動原理，可將裝配單元的這種運動分解到三坐標方向運動的定位支撐上，這種支撐裝置就是數控定位器，通過工藝接頭與裝配單元連接，形成并聯機構。對于剛體而言，在其上確認不共面的三點即能定位這個剛體，即理論上上一個剛體通過不共面的三點支撐且這三點能夠運動即能使這個剛體的姿態發生變化。但實際上，裝配單元并非是一個剛體，所以，在裝配單元進行姿態調整的過程中，需要考慮過約束的問題，使其在運動過程中保持相對的剛性狀態。

4裝配單元空間六自由度調姿路徑規劃技術

裝配單元空間六自由度調姿的目的是為了定位，即確定裝配單元在飛機坐標系內的位子。確定裝配單元在飛機坐標系內的位姿后，需要將該姿態與設計數模進行比較，以確定其姿態的符合性。若裝配單元實際測量的姿態不符合設計數模，則需要就其姿態進行調整，使其符合數模。從一個姿態到另一個姿態的變化，裝配單元需要運動一定的路徑。將裝配單元想象成為一個質點，從一點到另外一點可以通過多個路徑實現，其中一條路徑是最優化的，選擇這條最優化路徑的過程就是調姿路徑規劃。一般說來，調姿路徑規劃的約束條件包括裝配單元空間位置幾何關系的約束，各軸驅動力最小，且驅動力平衡，運動速度快且平穩。按上述分析，裝配單元的空間六自由度調姿過程是一個反復迭代的過程，使裝配單元的實際姿態無限接近理論數模，在規范和誤差許可的范圍內，可認為裝配單元調姿結果符合要求。在調姿完畢后，將數控定位器鎖死，是裝配單元保持調姿后的姿態即定位后，就可以連接。

結束語

數字化對接安裝工藝的研發和應用極大填補了我國飛機自動化裝配領域的空白，逐漸提高飛機裝配能力與自主研發能力間的匹配程度，促進航空事業進一步發展。

參考文獻：

[1]居瑋.數字化裝配技術在民機項目中的應用[J].技術與市場，2018，25：43-45.

[2]趙純穎.數字化裝配仿真裝配技術在飛機裝配中的應用探究[J].科技風，2018（29）：107.

（作者單位：中航飛機股份有限公司）