復雜外形機翼前緣類零件曲率映射補償修形方法

武杰 羅梟 王小凱

摘 ?要：本文提出了一種復雜外形機翼前緣類零件曲率映射補償修形方法，該方法按照成組試驗件成形回彈數據構建零件曲率變化插值函數，形成回彈曲率半徑和設計曲率半徑的映射函數關系。通過對產品原始設計曲面布置構造曲線并進行曲線的曲率離散，按照曲率映射關系函數反求回彈前的曲線曲率并形成新的修形曲面構造曲線，并由此曲線擬合最終的曲率補償修形曲面。

關鍵詞：機翼前緣;回彈補償方法;插值函數;曲率映射

大曲度薄殼類雙曲面零件大量應用于飛機結構設計中，該類型零件大多與飛機氣動外形有關，為飛機提供氣動升力、整流及結構承載的作用，如飛機機翼前緣、翼尖及襟翼滑軌整流罩等。這些零件具有零件曲度大，外形復雜的特點，同時具有外形精度要求高，裝配配合協調性高的要求。此類零件大多采用為鋁合金、碳纖維復合材料，鋁合金材料多采用靠模拉伸成形工藝，復材料多采用鋪貼模鋪貼固化工藝。鋁合金材料成形后由于材料的彈性變形部分的回彈導致零件產生比較顯著的回彈，碳纖維復材料采用鋪貼模鋪貼固化過程中由于溫度梯度效應的影響，零件在脫模后均產生明顯的收縮回彈現象。在后續加工過程中導致零件的外形定位精度以及在裝配階段造成零件之間、零件與裝配工裝協調性不能滿足要求等問題。

為了解決上述回彈問題，本文提出了一種復雜外形機翼前緣類零件曲率映射補償修形方法。該按照成組試驗件成形回彈數據構建零件曲率變化插值函數，形成回彈曲率半徑和設計曲率半徑的映射函數關系。通過對產品原始設計曲面布置構造曲線并進行曲線的曲率離散，按照曲率映射關系函數反求回彈前的曲線曲率并形成新的修形曲面構造曲線，并由此曲線擬合最終的曲率補償修形曲面。

1 常用的型面修形方法

目前常用的型面修形方法是以實物為對象，通過測量的方法對模型面進行修形，具體做法如下：（1）按照零件理論形狀設計成形模型面;（2）對成形后的零件進行測量;（3）按照測量結果對成形模型面進行修形;（4）按修形的模具對零件進行成形和驗證;（5）判定是否滿足工程需求，如不能滿足成形公差要求則需再次進行測量修形并進一步進行成形精度驗證。

該方法具有以下缺點：（1）回彈測量不準確，大多數情況下借用成形模定位零件后測量零件邊緣輪廓偏離模胎型面的距離作為回彈量;（2）基于邊緣輪廓測量數據進行修形僅能解決邊緣輪廓對型面的符合性要求，不能滿足零件內部輪廓對外形的協調性和精度要求，而且需要反復迭代修形。該修形方法以實物為對象，因此修形工作量大、成本高、周期長，且修形過的成形零件依然存在外形協調性不好的問題。

2 補償修形映射數學模型

按照不同圓角半徑進行試驗件的分組成形試驗，獲取系列試驗件的設計半徑及回彈后半徑參數。依據試驗件的設計半徑及回彈后半徑參數建立“回彈后曲率半徑—設計曲率半徑”參數表分別對應函數的X及Y值，對試驗件數據形成的（X，Y）離散點構造插值函數，形成“回彈后曲率半徑—設計曲率半徑”連續的映射關系函數，如圖2-1所示。

3 幾何構造修形

提取曲面的縱向構造線，在分段點處建立縱向構造線的垂直平面并與零件原始曲面相交獲得系列橫向構造線。在縱向構造線的分段曲線上以分段點為原點以分段曲線端點垂直平面的法向為X軸線方向，以縱向構造線平面的法向為Y軸方向構造每個橫向構造線參考坐標系。基于平面雙圓弧插補原理[1-5]對橫向構造線進行離散，如圖3-1所示。

通過“回彈后曲率半徑—設計曲率半徑”曲率關系映射函數獲取該圓弧回彈之前的曲率半徑值，在保證起始端點位置和切線方向不變的的前提下，構造橫向映射補償圓弧如圖3-1所示。

分別將縱向補償圓弧曲線和橫向補償圓弧曲線進行組合操作，形成縱向補償圓弧組合曲線和橫向補償圓弧組合曲線。所形成的縱向補償圓弧組合曲線和橫向補償圓弧組合曲線進行曲線的曲率的連續性光順處理，使之在滿足符合性要求的前提下將由分段圓弧組成的曲線轉化為曲率連續的縱向補償曲線和橫向補償曲線。以縱向補償曲線為引導線，以橫向補償曲線為截面線進行曲面造型，由此獲得基于曲率映射的回彈補償曲面，如圖3-1所示。

4 結束語

本文在總結現有修形方法的基礎上，提出一種新的修形方法—復雜外形機翼前緣類零件曲率映射補償修形，運用雙圓弧插補算法對橫向構造線進行離散，通過基礎試驗件建立曲率半徑映射數學模型實現映射補償。相比傳統的修形方法，該方法具有發放適應性好、補償修形準確、效率高的特點，同時減少了修形時間和成本，提高飛機研制效率。

參考文獻

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