飞机装配工装组件库与快速装配设计技术

结合航空企业数字化应用的现状,基于飞机装配工装设计中的应用需求,研究工装组件的参数化设计、参数化组件库的构建以及组件的快速装配设计技术。应用CAA在CATIA平台上进行二次开发,实现了飞机装配工装组件库和快速装配设计功能,可提高装配工装设计的效率和质量。     

客机机翼气动/结构多学科优化方法

针对客机机翼特点,建立机翼外形和结构参数化模型;应用CATIA二次开发技术和PCL编程,实现气动分析模型和结构有限元模型的自动生成;分析了气动和结构之间的耦合关系,研究一种气动载荷自动加载到结构模型的方法;应用基于代理模型的二级优化方法求解机翼气动/结构设计多学科优化问题;在iSIGHT软件环境下实现机翼气动/结构多学科优化计算流程。算例结果表明,本文提出的机翼气动/结构多目标优化方法能获得关于升阻比和结构重量的最优解集,有助于设计人员确定合理的机翼总体参数。     

飞机概念设计中的外形参数化模型的研究

在现代CAD造型技术的支持下．飞机外形的参数化模型可以成为飞机概念设计中总体布局、方案比较、外形设计和总体参数优化设计的重要工具。本文结合NURBS的造型功能和解析函数曲线易于控制的特点，采用外形的控制方程和实体的具体表示各自独立的方法。在ACIS几何造型平台上建立了一套飞机外形的参数化设计模型。本文研究的参数化模型可以把原来飞机外形复杂的画图过程转化为飞机外形的自动化设计过程，从而提高飞机外形设计的可设计性和可计算性。在文中还深入研究了飞机外形的参数化模型在飞机概念设计中的作用和意义。分析了模型在飞机概念设计过程中的数据传递过程，说明本文研究的参数化模型可以进一步促进飞机概念设计中多学科优化设计方法的应用。     

基于参数化组件描述的复合材料桨叶结构设计

针对目前直升机复合材料桨叶结构设计效率低的问题,提出了一种基于参数化组件描述的复合材料桨叶结构设计方法.该方法以旋翼菜叶理论外形数据模型为基本依据,根据对各桨叶组件构造形式的归纳,完成了桨叶蒙皮铺层、前缘配重、大粱、肋以及后缘条等主要组件的参数化描述,从而能够对菜叶整体结构进行方便快捷的定义;结合桨叶理论外形和各组件的定义数据,通过算法自动荻取所分析截面的信息,并生成相应截面的剖面图.实例验证表明,提出的方法能够完成桨叶的结构设计,提高桨叶设计分析的效率.     

基于水滴收集特征的SLD探头外形参数化设计与仿真研究

面对过冷大水滴（Supercooled large droplet,SLD）结冰环境,行之有效的结冰探测手段是实施规避策略、尽快脱离SLD结冰环境的先决条件。针对一种面向SLD环境探测需求的双碰撞面探头,考虑基于SLD动力学模型,模拟分析探头水滴收集特征进行探头外形参数化设计研究,研究影响探头区分SLD环境的关键几何参数,从而为探头外形设计提供参考依据。对选定的探头外形仿真计算结果表明,在常规水滴条件下,结冰主要发生在探测器的第一碰撞面,第二碰撞面上的结冰厚度很小,与第一碰撞面之间存在明显差异;而在SLD条件下,冰层在第一及第二碰撞面上均有累积。不同直径的水滴撞击到探头不同位置,形成累积特征迥异的结冰形态,验证了探头外形参数化设计方法应用于SLD环境探测的有效性。     

基于特征和约束的飞机反求建模

提出了基于特征和约束的飞机外形争结构件反求建模方法.针对飞机测量数据,运用内存映射和栅格划分技术进行预处理,在此基础上实现了针对大规模测量数据的平滑、修复、多视拼合及区域划分算法.根据飞机外形特点,综合运用分片连续样条曲面、裁剪曲面、规则曲面和直纹面拟合方法求取全机外形,采用曲面变形技术修改外形以满足必要的工裳约束,提出了基于曲面、实体特征分解的飞机结构件反求方法;设计了凸块、型腔等基本特征识别和参数提取算法,以及反求平面轮廓线和辅助参数重建拉伸、旋转、扫掠等复杂轮廓特征的算法.对于二次曲面,识别曲面类型及约束,然后基于约束重建了曲面整体.对于飞机外形相关的结构件,当贴合面较窄、外形线接近于直线时,采用直纹面逼近,否则由蒙皮曲面等距间接求取.最后,各重建特征通过裁剪、缝合、特征融合等操作得到最终实体模型.     

机械展开式再入飞行器气动性能分析与优化

机械展开式再入飞行器由于气动面积较大,可以有效地进行气动捕获和气动减速,但需研究分析主要气动外形参数对气动性能的影响并通过优化进一步提高减速效果。针对计算流体力学（Computational fluid dynamics, CFD）开展再入飞行器外形优化计算量大、耗时多的问题,提出了一种基于反向传播（back propagation, BP）神经网络的气动性能优化方法。在对再入飞行器参数化建模的基础上,首先采用正交试验设计生成样本,通过CFD方法进行高精度气动力性能计算,对样本计算结果进行方差分析;再利用BP神经网络对生成的样本集进行非线性拟合,构建神经网络气动性能近似模型;最后使用多岛遗传算法和BP神经网络模型开展阻力最大的气动外形设计优化,并对优化结果进行参数灵敏度分析。结果显示,该优化方法可以快速准确地求解优化模型,在保证精度的同时大幅提升了计算效率,可为未来工程设计和应用提供参考。     

高超声速飞行器参数化几何建模方法与外形优化

飞行器几何建模是进行外形优化设计的基础,针对尺寸和形状驱动的飞行器外形参数化几何建模要求,采用类型函数/形状函数变换技术,建立面向族的参数曲面,通过调整少量尺寸参数或类型函数/形状函数控制参数,可以衍生出多种设计构型,且相互转换十分便捷。相比现有CAD和二次曲线建模方法,在模型简化和设计变量数量有效控制方面具有优势。升力体和乘波体两种典型布局飞行器的外形建模与应用表明方法简单、有效、适应性强,可以满足飞行器概念设计阶段外形优化的要求。     

飞机数字化装配柔性工装的低成本化

数字化柔性工装是现代飞机装配中工装的主要形式。柔性工装通过其硬件系统和软件系统,实现了工装的自动柔性重构功能。但柔性工装的功能特点使得其制造成本相对较高。基于现代飞机精益制造要求,通过研究柔性工装的构成和特点,从工装硬件系统入手,提出降低柔性工装成本的方法。在此基础上,进一步研究基于零件关键特征不用工装直接装配的方法,阐述关键特征设计需考虑的因素及其关系。通过开展柔性工装的低成本化研究,为国内深入研究应用柔性工装提供技术支持。     

λ机翼气动/结构多学科设计与优化

λ机翼锯齿状后缘的气动外形设计增大了展弦比,进而提高了空气动力学效率,但同时也导致结构质量的增加。因此,本文提出了一种针对战斗机类λ机翼的气动/结构多学科设计优化方法,关键步骤包括机翼外形和结构参数化建模、气动分析模型自动生成与外形优化、结构有限元模型自动生成与结构布局/尺寸优化。在ISIGHT软件环境下集成气动、结构优化模块,利用基于代理模型的多级优化方法求解λ机翼气动/结构多目标优化问题。算例结果表明,本文提出的优化方法能够较好地兼顾了λ机翼的气动和结构性能,进而提高初步设计阶段的效率。     

基于模因算法的飞机装配序列规划

针对飞机制造的装配序列规划问题,提出一种基于模因算法的飞机部件装配序列规划方法。在装配优先约束矩阵和非正交干涉矩阵的基础上构建装配规划模型,以飞机零部件间的装配方向和装配工具的差异性来构建适应度函数。在非干涉解空间中进行全局搜索,获得较优的装配规划方案,通过二叉树中序遍历法将较优的方案转化为可行解,再经过交叉操作和变异操作后,在可行解空间内进行局部搜索,最终获取较优的装配方案。以某型号的飞机舱门装配为例,通过与传统遗传算法对比,证实模因算法在飞机装配序列规划中的可行性和有效性。     

基于质量损失函数的模块实例稳健选配方法

为提高飞机工艺装备模块化设计的质量稳健性,提出了一种基于质量损失函数的模块化产品模块实例的稳健选配方法。该方法首先在给出质量损失函数统一描述的基础上,引入信噪比表达模块实例的稳定性。并综合考虑模块的功构连接形式和装配偏差,建立面向模块化产品的模块实例稳健选配模型,同时给出模型求解方法。最后,通过实例应用验证了方法的有效性和合理性。     

基于矩阵的装配过程建模方法

装配型生产是一种典型的离散型生产,装配生产过程是装配状态在装配作业的驱动下不断发生转移而持续更新至完成状态的一个过程,本文提出了一种基于矩阵运算的装配过程建模方法,对这种由装配状态转移组织起来的生产过程进行了建模。文中给出了装配作业、装配状态以及作业有序关系等元素对象的矩阵表示方法;以矩阵的运算过程来表述生产流程,包括作业可操作性测试、装配状态转移、作业有序矩阵更新等;产品结构的层次性使得装配过程也会具有一定的层次性,对装配过程进行子装配划分,用分块矩阵表达装配过程与其子装配之间的层次关系,建立分层的装配过程模型。该模型通过装配过程的矩阵表示,最终可获得装配体的可行装配序列,为装配序列选优提供数据基础。     

基于广义装配关系的复杂产品装配单元划分方法

通过分析复杂产品的装配几何关系,考虑夹具和工装在装配过程中的使用情况以及装配工艺性能,建立零部件之间的广义装配关系。在此基础上,构建以装配关系强度和装配并行度为目标的数学优化模型,采用免疫克隆算法进行聚类优化,完成复杂产品的装配单元划分。此方法不仅考虑零部件之间的广义装配关系,而且考虑单元划分的目的,使划分结果更加合理。最后,以某飞机机翼装配单元划分为例进行验证,结果表明该方法具有一定的适用性和有效性。     

基于装配约束的飞机导管几何特征建模与误差补偿

针对飞机导管实际装配过程中因装配应力大导致故障频发的问题,提出了一种基于导管装配特征的误差补偿方法.首先采用几何建模法进行了导管装配过程的几何建模,并提出了一种基于轴线矢量的导管装配模型建模方法.在此基础上,采用罗德里格旋转公式建立了基于实际装配工况下的导管空间位姿计算模型.然后基于导管装配要求进行了装配约束分析并识别...     

虚拟仿真技术在机械装调实训教学中的应用研究

分析了虚拟仿真技术应用于机械装调实训教学的必要性及其功能要求,介绍了机械装调仿真实训平台的构建和教学应用策略,提出了仿真技术应用中需注意的问题和解决思路。     

机翼-机身柔顺对接装配及接触力分析方法

在机翼机身数字化对接装配中,由于制造误差、定位误差等因素,装配件在对接前不可避免地存在一定偏差,对接过程中连接结构可能出现磕碰、磨损和变形等现象。为了避免翼身对接装配中遇到上述情况,本文设计了一种五自由度柔顺对接机构,使部件对接过程中遇到干涉时能够柔性适应,根据目标部件的导向顺利完成装配。在此基础上,本文以叉耳式连接结构为研究对象,通过对翼身柔顺对接过程中连接结构的接触力情况进行分析,建立了翼身柔顺对接过程中叉耳式连接结构的接触力预测模型。     

部分破坏拆卸模式下拆卸规划

为了对产品进行拆卸规划,基于装配有向图提出一种部分破坏性模式下的拆卸规划方法。通过装配有向图表达产品零部件间的装配关系,并在此基础上构建装配关系矩阵、装配连接矩阵和可达矩阵。由矩阵遍历和运算获得产品装配结构、装配深度等信息,并根据这些信息确定被破坏对象,最终完成部分破坏性拆卸模式下拆卸规划过程。将上述理论应用于摩擦驱动装置拆卸规划中,其结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

基于加权有向图的飞机装配顺序规划

合理的飞机装配顺序规划是确保飞机装配质量、缩短装配周期的有效途径。为此,提出了基于加权有向图的飞机部件装配顺序规划方法。以飞机零件间的装配几何关系、装配稳定性和装配工艺性为评价因子,对装配过程中零件间的装配依赖性进行量化,形成可表达装配依赖关系的加权有向图。在此基础上,通过模糊聚类和撕裂排序算法对装配零件进行装配顺序规划。最后通过某飞机机身中段装配顺序规划问题进行验证,规划结果表明该方法具有一定的可行性和有效性。