基于飛機發動機數字化對接安裝工藝研究

楊洋　羅宇　陳軍

摘要：數字化技術在飛機發動機裝配中的應用提高了對接安裝的精確性和可操作性，為此本文研究飛機發動機數字化對接安裝工藝，介紹數字化對接安裝工藝優勢、工藝構成、工藝難點，并給出數字化對接安裝規劃設計方案。總結飛機發動機數字化裝配經驗，供相關人員參考借鑒。

關鍵詞：飛機發動機;數字化裝配;對接安裝

0 ?引言

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 ?飛機發動機數字化對接安裝工藝優勢

首先，數字化對接安裝工藝采用激光測量系統，定位飛機發動機的位置和形態，對比分析后再以站位控制系統將發動機調整到指定位置。基于數字化技術的對接安裝平臺及調整定位裝置的精確度極高，有效規避傳統對接安裝過程中需反復手動調整發動機位置的麻煩，實現快速、精準定位。其次，飛機發動機數字化對接安裝平臺中設置電動機構，發動機位置及姿態的調整依靠專門的數字化調整裝置及定位裝置完成，大大減輕作業人員的工作強度，安裝對接工作自動化水平明顯提升，節約人力資源成本[1]。最后，數字化對接安裝在精準測量的狀態下進行，不涉及傳統裝配過程中依靠人眼及工作經驗進行操作的過程，裝配誤差被控制在最小范圍內，發動機裝配質量和效率更高。

2 ?飛機發動機數字化對接安裝工藝構成

2.1 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。

2.2 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。作業人員可通過系統人機交互界面，對裝配過程進行監督，監控系統發出的警報信息及異常信號。

2.3 數字化裝配平臺

數字化裝配平臺完成各項裝配操作。數字化對接安裝工藝流程中的裝配平臺相較于傳統平臺新增以電力驅動的鏈條傳動裝置，在提高發動機裝配精確性的基礎上，減輕作業人員工作壓力。在實際工作中，數字化裝配平臺需根據裝配機型進行量身定做，借助發動機數字化調整裝置，對發動機位置、姿態進行自動調整，保證裝配過程安全性和精確性。

數字化安裝流程為：第一，飛機整機調姿。第二，發動機調姿安裝。將發動機吊裝至指定調整位置并固定。激光測量系統與集成管理中心協同作業，計算當前發動機姿態調整所需的參數。管理中心依照得出的數據，向數字化裝配平臺中的調整裝置下達調資指令，改變發動機方位。作業人員啟動驅動按鈕，傳動系統將發動機向指定位置推進，進入接近發動機固定支架時，配合手搖方式進行慢速推進直至發動機達到指定位置[2]。固定發動機，集成管理中心向各子系統下達安裝完畢指令，子系統恢復到初始狀態，完成安裝操作。第三，安裝后檢查。對發動機姿態的精確度進行檢驗，并進行通電檢查，確保發動機裝配達到相關技術要求。

3 ?飛機發動機數字化對接安裝工藝難點

飛機發動機裝配作業系統化程度非常高，裝配過程復雜，在裝配過程中涉及到大量的零部件。由于發動機裝配質量直接關系到飛機發動機性能的發揮及運行安全，因此對其裝配過程的要求非常嚴格。裝配過程中各道工序必須充分協調、聯系，以此來保證發動機裝配質量。在部分飛機發動機裝配項目中，裝配順序非常靈活，以往采用人工裝配的方式需要涉及到較多的作業人員，工序繁雜，受到人員行為、作業環境等因素的影響，發動機安裝位置及姿態誤差過大、需反復調整、發動機與機身結構相磕碰的問題時有發生，導致飛機發動裝配進度及質量受到嚴重影響。飛機發動機裝配過程帶有離散性、小體量等特點，近年來飛行設備不斷發展革新，發動機型號固定，其組建制造對精度的要求更高，型號相對單一可進行互換。在新型號發動機的裝配上，由于其裝配工藝設計尚未成熟，且無足夠的裝配經驗可供參考，裝配過程不確定性因素更多，影響裝配質量及效率。

數字化裝配技術的出現極大彌補了傳統裝配工藝不足，在裝配精度、效率、經濟性上都得到明顯改善。從目前技術發展水平上看，主要問題依然集中在安裝調姿上。安裝過程中，要求發動機與飛機機身安裝倉的軸線位置始終重合，此外還需調整發動機繞軸線的轉動，并將發動機平穩推進安裝倉。在數字化裝配過程中，要求系統能夠實現對發動機6個空間自由度位置及姿態的精準控制，并對整個作業過程中發動機位置及姿態數據進行監督和記錄。

4 ?飛機發動機數字化對接安裝規劃設計

4.1 規劃設計要點

我國飛機發動機數字化安裝對接工藝研究起步較晚，在之后的規劃設計中，應重點關注以下內容：①由我國自主研發的大型軍民航空器還處于研制階段，目前，對發動機的需求量還無法得出準確的估計，因此在設計脈動總裝線時，建議采用模塊化的設計方案，完成工藝重構及檢測發展成熟后，再依照規劃進行大規模建設[3]。②飛機發動機脈動總裝流程可被總結為飛機整機調姿、發動機調姿安裝、安裝后檢查（主要進行姿態檢查和通電檢查），規劃設計需重點關注該流程中的調姿和檢查環節，并對二次裝配過程中，各零部件的識別和存放方式進行創新。③飛機發動機裝配生產線需與發動機的具體型號相適應，隨著新型發動機研發任務的深入，型號更換、結構調整等工作頻繁開展，此時就需要總裝脈動線進做出一定的調整以適應新的發動機裝配需求。想要實現不同規格、型號的發動機在同一生產線上進行裝配，提高總裝線的靈活性是關鍵。例如，融入多種用途的柔性工裝，以降低工裝存儲空間，滿足柔性裝配、靈活裝配的需求。同時，將下線功能及修理系統的完善考慮到規劃設計當中。

4.2 總裝脈動生產線發動機安裝案例

以大型飛機發動機裝配為例，對一種新型的發動機裝配系統進行介紹。

基于數字化技術的大型飛機發動機安裝徹底打破以往以鋼絲繩吊裝發動機的形勢，消除發動機吊裝過程中因柔性擺動而導致的發動機安裝位置難以控制、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。目前被提出的新型數字化裝配系統結合剛性提升結構、支撐系統、數字化調控系統、氣懸浮柔性補償等模塊，依照發動機與吊掛之間的連接形式，將前端主交點設計為鉛錘銷軸與球鉸連接，預留間隙有限;將后端設計為插頭與插耳連接，預留單邊縫隙2mm，以提供更大的運動靈活性。飛機發動機快速、精準對接可通過對兩交點依次進行精確調姿，以前交點為主，在完成一個交點3準確對接之后，再對其他交點的對接姿態進行調整，其余自由度通過自動補償即可完成調姿。

此外，該發動機裝配工藝還將發動機的運輸、調姿、對接、保護等工作相整合，在安裝安全性、便捷性上提升明顯，可用于大中型飛機發動機快速、精確對接。隨著相關技術的優化和發展，該工藝將在飛機發動機裝配領域得到進一步的推廣。

5 ?結論

發動機是飛機結構中的核心部件，其安裝對接對飛機裝配質量及后期運行性能安全的影響可想而知。飛機發動機安裝對接數字化有其必然性和必要性，有利于提高發動機裝配精度、降低裝配難度并控制裝配成本。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]趙爽忻.航空發動機自動調姿安裝的設計與應用[D].電子科技大學，2019：52.

[2]祁琳斐.飛機發動機數字化對接安裝工藝的思考[J].山東工業技術，2018（04）：61.

[3]盛賢君，王杰，姜濤，等.基于軌跡規劃的飛機發動機數字化安裝技術研究[J].航空制造技術，2017（21）：105-109.