飛機工裝設計制造研究

王海燕

吉林化工學院，吉林 吉林 132022

現階段，通航產業作為國家現代綜合交通運輸體系的主要組成部分，是國土安全和國防建設的重要戰略儲備。各地正在積極構建與研發制造和運營服務相匹配的通用航空延伸服務體系。2019年東北地區小型運輸航空器數量增長307架，主要應用于噴灑農藥、森林滅火和旅游觀光等，應用的領域較多且飛機的功能各不相同，而對于飛機的后期維修保養需求較大，這對生產企業的工裝設計提出了較高的要求。中航吉航在飛機維修過程中發現飛機的工裝設計決定了飛機的裝配進度，而飛機工裝設計制造受諸多條件限制，導致目前的工裝設計和研制周期長，成本居高不下，且占用較大的場地面積及其他資源，無論是新機型還是舊機型都受很大的影響。針對工裝設計制造的問題，筆者與吉林航空維修有限責任公司共同對飛機工裝系統中的變徑連接件進行研究與優化。

1 工裝液壓系統變徑連接件的研究

1.1 工裝液壓系統變徑連接件的技術經濟指標

（1）根據變徑連接件自身特點及相關理論知識，采用NX10.0軟件對變徑連接件進行立體建模，通過模擬仿真對相關參數進行處理，這樣可以從設計時間得到顯著的成效，又可為航空專業的相關課程提供教學案例。

（2）根據變徑連接件的材料、尺寸和形狀，使用ANSYS有限元軟件對其進行分析，在進行有限元參數分析時，可以通過施加荷載，及對產品進行有限元網格劃分，這樣求解出產品變徑處所能承受是最大應力，得出最合適的參數值[1]。

（3）根據模擬仿真實驗和參數優化結果進行試生產，并進行安裝調試。

1.2 工裝液壓系統變徑連接件的應用前景及推廣

民用航空小型飛行器在低空領域會通過更快速、高質量的服務，來改變現有的物流系統，而將飛行器的工裝件標準化、流程化則有利于提高效益。通過三維建模及有限元分析，模擬仿真并加以驗證試驗，將縮短周期，同時能確定工裝各部件的裝配關系及是否產生干涉。通過對飛機工裝液壓系統變徑連接件的實施，不僅在教學中可以作為一個成熟的案例，而且通過課題研究的過程，增強教師“理-實”一體化中所體現的設計水平。

2 國內飛機工裝設計制造過程中存在的問題

2.1 我國飛機工裝設計水平有待提高

我國的航空產業起步較晚，1961年我國從蘇聯購買的米格-21戰斗機，包括生產技術資料，從此開始走上了飛機制造道路，當初制定的目標是能夠仿制出來，在所有資料都有的情況下，我國也用了3年時間才完成，特別是當時飛機新工藝對于生產車間也是個不小的挑戰。通過航空科研人員的幾十年不斷積累和探索，我國的飛機設計制造的能力有了極大的提高，才有了現在的C919、運20[2]。雖然我國現在可以稱為航空大國，但仍然不是航空強國，與歐美相比仍然存在一些差距，我國的飛機工裝設計水平及制造還有較大的提升空間，從蘇聯借鑒的一套串行模式已經不再匹配我國現階段的水平，因此在工裝設計制造的方面需要不斷參考，發展出適合我國的道路。

2.2 飛機研究制造過程中的瓶頸

當前飛機主機制造廠很少，且都為小型飛行器的制造。隨著飛機的需求量在不斷增大，舊機型同樣需要進廠維護，生產任務繁重，跟不上生產計劃。其中影響進度的就包括飛行器工裝的設計及制造，而負責這項任務的技術裝配部門對于飛行器工裝設計的能力毋庸置疑，可對于工裝的制造要求過高，飛行器的制造企業現有的技術能力不足，就要不斷去攻關、改進其工藝，在飛行器制造廠滿足各項成控要求后，方可進行生產。對于有特定功能的機型，則需要更多的時間來進行驗證。究其根本還是制造技術水平處于瓶頸階段，應該選擇突破瓶頸還是另辟蹊徑，也是需要加以分析的。

2.3 飛機工裝結構設計過程中的問題

飛機工裝設計制造的方法仍然沿用蘇聯的工裝設計制造方法，雖然相對成熟且穩定，但與歐洲和美國一些飛行器制造企業對比后，發現其較為粗獷。首先飛行器的工裝設計占用大量的土地面積，針對不同類型的飛行器設計制造其工裝，工裝不能互相通用。其次，制造能力的不足導致生產準備周期長，需要在現有的技術條件下改進工藝以適應現有生產能力，消耗了大量的成本。使得資金本就不充裕的多數中小型飛行器制造企業望而卻步，對飛行器市場造成了沖擊。通常情況下，國內的專配型架多采用剛性結構，并且一套裝配型架只能夠裝備一個對象，導致飛機工裝制造的時間過長。另外，傳統工裝制造過程中，還需要在裝配型架上配備多個定位件，使得工裝制造的整體成本有所升高，生產準備周期明顯延長。

2.4 飛機工裝制造精度的問題

飛機工裝零部件的機械加工精度取決于飛機工裝設計及機械加工設備。目前隨著工裝數字化的應用，使得飛機設計和工裝設計是配套進行的。因此在制造加工中會產生許多困難，加工工藝異常煩瑣，特別是對于加工難度大或現有條件不能加工出的工裝件，只能委托加工或自主創新加工工藝，企業需要采取科學的程序進行生產，不斷優化加工過程，這樣在市場競爭中才能占據有利位置。

目前飛機制造商常使用的飛機工裝件主要集中在緊固件和連接件，雖然尺寸、角度有所差異，但是對于工裝件的使用壽命、易脫落程度、氣密性等要求是一致的。通過對飛機工裝夾具失效故障統計，緊固件的疲勞斷裂和連接件的氣液滲漏最為常見。因此，通過改進或創新加工工藝才能提升工裝零部件精度和壽命。

3 我國飛機工裝設計制造技術的發展方向

3.1 柔性化

隨著計算機輔助設計及智能化裝配技術水平的長足發展，柔性化裝配技術因其周期短、成本低等優點，早已被航空工業發達的企業采用，并在短期內獲得更高的經濟效益。柔性化技術從發展到現在的技術趨于成熟，其中柔性裝配體系才是核心。通過建立飛行器的工裝零件數據庫，并定期更新數據庫中的工裝零件，以此來優化數據庫。柔性化裝配時，針對不同任務需求，合理選用數據庫中的工裝零件，模擬裝配并檢驗方案的可行性，實現柔性化裝配。柔性化的裝配縮短了剛性裝配的時間，優化了不同方案的實驗過程，降低了人員、場地和成本。

3.2 數字化

飛機工裝設計制造過程中，對場地、人員、管理、硬件、資源等提出了相對苛刻的條件，這導致成本不斷攀升，同時制造過程漫長。隨著計算機輔助設計融入生產中，使原有的實體變成了虛擬化的數字，其中的優勢顯而易見。將設計好的圖紙，進行數字建模，使飛機結構零件按照預期的設計進行裝配，同時能對設計制造環節進行檢驗，能及時發現出現的問題，并得到改進，而這一切都省去了實體的材料運輸及反復加工裝配檢測等[3]。在傳統飛機工裝制造過程中，標準樣件工作法和模線樣板工作法均是較為常用的方法，通過模線樣板工作將標準量規當作其制造與協調的主要參考，進而對其進行制造和加工，直至完成工裝裝配。現階段，我國飛機制造行業仍然采用模擬量傳遞協調系統，并且以模線樣板以及標準樣件為飛機工裝加工的主要依據。

3.3 速度化

隨著工業4.0的開始，我國的制造業一躍成為世界第一，而國內的飛機主機產商在發展過程中主要面臨的是工裝研發制造的速度問題。如果將飛機工裝與制造業快速對接，將加快飛機工裝的研發，同時緩解工裝設計加工生產壓力，這才是打破工裝設計制造瓶頸的重要途徑。

加快飛機工裝研發與制造速度需要建立數據資源庫和制定標準化，在設計時，資源庫可以更快地提供給設計者相同或類似的設計方案，通過改進或借鑒創新都能降低研發成本并提高速度。在制造時，對已有的飛機工裝典型結構展開詳細分析，將其模塊化、零件標準化，為生產和裝配創造有利條件。

4 結束語

綜上所述，我國飛行器制造經歷了從無到有，從有到精，還需要從精到強的發展。歐洲的空中客車公司和美國的洛克希德公司給了我國很多的經驗，少走了很多彎路，但彎路少走不代表不走。雖然目前工裝設計制造技術還不夠完善、成熟，但我國的制度更適合集中力量辦大事，必定能解決技裝部門的制造設備創新和優化的問題，為地方高校的航空專業教育及航空企業發展提供有力保障。