靶向多維度照明設備在大型飛機研制中的應用

尚 文

（中國飛機強度研究所，陜西西安 710065）

0 引言

近年來，我國飛機型號研制水平不斷提升，軍、民機新型號的立項保持著強勁勢頭，代表了我國高端裝備制造的最高水平。在飛機研制5 大環節（設計、制造、裝配、試驗、試飛）中，裝配和試驗作為承上啟下的關鍵環節，其工程質量水平直接影響到后續的試飛運行安全和設計優化改進，作為裝配和試驗項目質量的基本保障要素，照明設備的運行能力起著至關重要的作用[1]。

1 飛機裝配和試驗對照明設備的要求

飛機的裝配項目（特別是總裝項目）是一項多專業、多工種、多作業面、技術多元融合、工藝要求嚴苛的大型系統工程。在飛機裝配作業現場，頻繁出現受限空間多崗位交叉作業的情況，同時又要嚴格保證裝配精度和結構功能實現程度，照明設備的安裝位置應保證作業區域全覆蓋，照明設備的照度應滿足裝配精度和誤差的辨識，照明廣度應符合檢驗要求，同時應盡可能消除直射反光和眩光等不利影響，營造出有利于視覺工作的舒適光照環境，進而符合作業指導書及工藝規范中的具體技術要求和指標確定[2，5]。

飛機地面試驗是通過試驗裝置對飛機結構施加力載荷以此真實模擬飛行狀態下的起落、平飛及各種轉向科目，其中一項重要試驗任務是對試驗過程中正常萌生的裂紋進行檢測和監測。無損檢測人員根據特定周期對飛機進行全覆蓋的目視檢測，當發現裂紋并進行初始無損檢測后需要安裝監控設備對其進行24 h 不間斷監控，定期的裂紋檢測需要照明設備實現全覆蓋并且具備不低于精密裝配的照度要求，而針對萌生裂紋的持續性監控對眩光和視覺舒適度提出更高的技術要求[3-4]。

2 傳統照明設備的問題分析

傳統的照明設備逐漸無法滿足復雜結構一體化框架、多點交叉作業的需求，同時特殊部位的照度和廣度不能滿足作業指導書和工藝規范的要求，尤其是以機身水平面及機翼下壁板的作業區域的空間限制，照明設備的布置受到客觀環境的制約。

以往飛機裝配廠及地面試驗單位通常采用直接在工程框架結構上鉆孔安裝LED 的方式進行照明。然而由于裝配和試驗工程框架結構通常未將照明需求充分考慮進設計要素體系，加之部分安裝布置點距飛機的裝配區域或無損檢測、檢測考核面較遠，個別部位甚至存在干涉的情況，同時安裝鉆孔面厚度的閾值范圍較大，造成了兩種不利情況的產生：第一，部分作業區域或考核區域未覆蓋或照度不滿足要求；第二，由于照射距離和方向的調節受到限制采取了疊加的照明組合，對資源和能源造成了浪費。綜上所述，傳統的照明設備對飛機裝配、試驗及實施過程的現場作業產生諸多不利影響。

3 設備的優化需求與概念設計

基于現場勘查分析，欲實現照明設備的運行能力滿足飛機裝配、地面試驗的任務要求，作業區域的光照度、光照廣度，光源的入射角度、照射路徑，安裝精度等要素作為照明設備考慮的設計關鍵要素。通過現場實地調研兩個首飛后飛機型號項目的試驗裝置總系統及某新研制飛機型號的總裝項目現場，依據試驗任務書及裝配指導書，結合工程框架的空間結構與預留間距提出7 項該照明設備的設計特性：

（1）以目標作業（考核）區域選定支持點位及LED 型號。

（2）個性化設計覆蓋3 個維度，立體空間覆蓋無盲區。

（3）安裝通用性強，可接受較大閾值區域固定面厚度。

（4）對非功能性結構分段優化，在總系統中占用空間維度小，穩定性強。

（5）根據光照度、光照廣度的技術要求按照設定路徑區間對距離和入射角度進行調節。

（6）具備同時固定、引導線纜的結構功能。

（7）推出3 種可組合式的結構型號，可實現任何工程框架結構和任務要求。

基于裝配和試驗工程特點及照明設備的設計特性，形成如下設計原則：

（1）該設備能夠滿足無損檢測目視檢查的照度要求，滿足裝配時，各工種的誤差控制要求。

（2）該設備各個部件、組件的功能明確、作用突出，材料強度和剛度能承受可能遇到的最大沖擊載荷。

（3）在技術指標達到設計原則的基礎上控制經濟成本，選材及制造工藝上避免浪費或工序過剩。

（4）充分考慮照明設備和工程框架結構的裝配方式和安裝精度。

（5）該設備應具備良好的安全、可靠、環境適應性。

（6）該設備集成應綜合考慮照明要求，最大限度減小設備外輪廓尺寸，結構簡約、輕巧。

通過綜合考慮特殊環境的特點和設計原則，制定出照明設備主要核心部件的制造方案如下：

（1）可調式燈源承載結構：雙面承載設計既能承受較大的壓力和拉力，通過水平可調式旋鈕實現照明設備的水平位移調試，采用滑軌式光角調節結構實現0～60°無極可調，可以有效地滿足不同的作業曲面及動態變化中的照明任務。

（2）雙向壓緊結構：F 形1Cr18Ni9 的壓板結構，通過壓緊沉頭螺釘固定在橫梁、斜梁或立柱梁的雙向外沿上，擰緊并緊貼固定到位，壓緊沉頭螺釘之間可通過襯套片連接以起到防松動的效果，以最大限度減輕裝配過程中交叉作業所引起的碰撞和振動沖擊。

（3）連接結構：連接支持組件由非標設計、支座專業工藝支座，以此連接無間隙壓緊結構和可調式燈源承載結構，同時在滿足承載垂向載荷的基礎上，對照明設備線纜進行約束。

（4）LED 照明裝置：選用照度和尺寸符合現場勘查技術要求的專用型號，針對不同考核范圍使用不同照度的型號。

4 設計實現與工程應用效果

對我國新研制某型民機總裝配項目及某大型軍機型號全機地面試驗工程（疲勞試驗項目）更換并應用靶向多維度照明設備，分別布置1279 和1332 組LED 照明裝置，比傳統照明設備分別節省了314 及411 組LED 裝置，減少了近20%的能耗，同時經過照度計的檢測，裝配作業區域平均光照度在830 xl，疲勞試驗飛機蒙皮表面的平均光照度在890 xl，且實現了光照廣度全覆蓋。進而對比前序照明設備的安裝布置作業情況，同樣的運行安裝班組，縮短了17 d 的安裝周期，通過近半年的工程應用已取得了預期效果，獲得了技術、管理、施工人員的各方認可。