MBD技术在飞机研制中的应用及其给质量监督工作带来的挑战和思考

MBD技术的概念 MBD(Model Based Definition)技术即基于模型定义,是目前波音推行的新一代产品定义方法.该技术将三维设计信息、三维制造信息和产品管理信息共同定义到产品的三维数字化模型中,在取消二维图纸工程定义的情况下,实现产品特征描述、共享,满足了数字化制造信息直接传递的需求,有效地解决了设计、制造、使用维护一体化的难题,实现了CAD和CAM高度集成.MBD技术使用以三维数字化模型为核心的设计制造信息传递模式,设计单位不再向生产单位传递二维图纸,而是传递三维的数字模型,生产单位将三维的数字化模型作为依据,开展加工装配、测量和检验等工作.     

基于MBD的飞机数字化装配技术

MBD是飞机设计制造数字化技术发展的新阶段和总趋势,采用MBD技术体系将为航空制造带来管理上和效率上的飞跃。在MBD的技术体系中,MBD数据集内容包含设计、工艺、制造、检验等各部门的信息。在数据管理系统和研制管理体系的控制下,各职能人员可以在1个产品模型上协同工作,提高了设计效率,同时也提高了产品的可制造性。     

MBD技术在某型飞机垂尾前缘制造中的应用

MBD技术在集成化的数字化实体模型中表达了完整的产品定义信息,并完全替代了二维工程图纸,成为制造过程的唯一依据[1].MBD技术的深入研究应用,已经对国内飞机装配协调、并行设计制造产生重大影响,对开启我国数字化制造时代具有重要意义. MBD技术作为数字化协同设计制造的技术信息载体,是数字化协同设计制造体系的关键应用技术,是设计与制造部门紧密协同的共同课题.MBD采用协调研制的模式,对航空企业的工艺、检验、零件、装配等各部门带来全新的理念与工作模式,对传统的串行模式带来巨大变革.     

基于MBD技术的三维工艺设计与现场可视化生产

基于模型定义(Model Based Definition,MBD)是一种新的产品数字化定义技术,用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息,详细规定了三维实体模型中产品定义、公差的标注规则和工艺信息的表达方法,三维实体模型成为生产制造过程中的唯一依据. 波音公司787客机采用了"基于模型的产品定义"技术,实现了产品关联设计、通过建立全球协同平台(GCE)实现了与合作伙伴协同研制,这彻底地改变了研制流程、研制方法和飞机研发模式.新飞机工程全面应用MBD技术,采用多厂所异地协同的研制模式,为航空产业的跨越发展提供了难得的机遇.     

基于MBD技术航空钣金零件的数字化制造

当前,我国航空制造业的数字化技术发展迅猛,基于MBD技术和数字化样机技术得到了深入地应用。基于MBD技术的航空钣金零件数字化制造,实现全三维模型集成设计、制造、检验等信息,保证相互间的一致关联性,并作为唯一依据贯穿于产品研制全寿命周期中,提高了设计制造效率、缩短研制周期。     

基于模型定义和智能设备的新一代航空工厂

国际航空制造业应用数字化技术呈现出快速发展的势头,MBD技术的应用正在从设计领域往制造领域延伸,在航空工厂应用MBD技术已经成为重要的研究方向.支撑国际航空制造业快速发展的还有不断提升的硬件设备,航空工厂的自动化设备正在朝着智能化的方向发展,在三维数字制造环境中集成智能化设备,已经成为促进航空工厂从数字化走向智能化的关键. 基于模型的企业和数字制造技术 现代制造业的数字化技术应用非常迅速,美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)在2003年提出的"基于模型定义"(Model Based Definition,MBD)采用了集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息,改变了传统的基于二维图纸和辅助文档的产品设计形式.     

基于MBD的零件数字化工艺设计技术

近年来,国内飞机研制已经由三维数模取代二维图纸,采用基于模型定义MBD(Model Based Definition)技术的产品定义模型成为新机研制的唯一制造依据.零件工艺设计也在逐渐采用计算机辅助工艺设计(CAPP)系统.但是对于飞机零件的工艺设计,二维工艺设计不能直接利用全数字化MBD模型,需要手工维护大量3D到2D转换等不增值环节,没有从根本上实现零件MBD模型到零件工艺信息模型的转变[1].     

中国航空工业信息化创新之路:探索中起步,整体性推进,国际化发展——访中航工业综合技术研究所副总工程师宁振波

改革开放以来,中国航空工业信息化从无到有,经历了30多年的发展,已形成统筹规划、体系化、规范化发展的态势,信息化能力已经成为航空企业核心能力的关键要素.以MBD、数字样机为代表的产品数字化定义技术加快了产品研发进程,数字化研制体系正在逐步形成.着眼未来,航空工业信息化将从MBD走向MBE(基于模型的企业),整个企业和供应链都将采用全3D模型,实现基于模型的定义、基于模型的制造、基于模型的支持和基于模型的环境.     

基于模型定义技术及其实施

MBD技术体系是以MBD数据集为核心的应用体系,借助标准管理系统、标准工艺管理系统、CAD系统、工艺设计和分析以及产品数据管理等系统,通过MBD数据集集成产品的设计制造信息,并建立了一套基于MBD数据集的工艺设计分析方法和数据管理办法,使工程制造能够在脱离图纸的环境下,按照设计系统给出的内容组织框架实现对产品生产和检验的监督控制。     

MBD技术在飞机设计中的应用

近年来,以波音和空客为首的航空巨头为减少飞机研制中的设计错误,推行并行协同的设计方法,提高效率,降低成本,彻底实现设计制造无纸化管理模式,率先对基于模型的定义技术(Model Based Definition,MBD)进行了深入研究,形成了完整的MBD设计制造标准体系.从2004年开始,波音公司在787客机的设计和制造中全面应用MBD技术,用三维数模完全取代二维图纸,MBD使三维实体模型作为新机研制过程中的唯一依据,有效提升了飞机研制的效率和质量,为企业带来了巨大的效益.伴随着国外飞机在国内转包生产,MBD技术逐渐进入国内航空企业,鉴于国外企业MBD技术的成功应用,国内各主机厂所也开始了MBD技术体系的不断探索.     

基于飞机油箱模型形状特征油量测量切片步长选择方法研究

 在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法。此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征。实验结果表明：该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度。     

二维翼段颤振的μ控制

 采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振鲁棒抑制。针对作者设计的二维翼段颤振主动抑制系统，通过理论与实验相结合的方法，建立了考虑沉浮方向阻尼和作动器模型参数不确定性的控制系统模型，设计了μ控制器，并对控制器做了降阶处理。数值仿真和风洞试验表明，μ控制器可有效地抑制颤振的发生，将颤振临界速度提高23.4%。相对于H_∞控制器，μ控制器的控制效果和鲁棒性更好。     

Abnormal Shape Mould Winding

为解决网格化芯模的缠绕问题,本文提出了复合材料面片缠绕机理;接着详细分析了面片缠绕过程中的芯模凹曲面上纤维滑线和架空现象,应用微分几何曲面理论和空间几何理论,提出判据及其解决方案;最后,针对飞机发动机进气道的缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的可行性。     

基于H∞性能指标的质量矩拦截弹鲁棒控制

 以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，利用微分几何的反馈线性化理论，得到一个解耦线性系统，考虑到拦截弹的鲁棒性要求和3个滑块的协调控制问题，提出采用双回路的设计方法，内回路采用线性二次调节器（LQR），外回路采用考虑混合灵敏度问题的H_∞控制设计。仿真结果证明了该方法动态性能满足设计要求，同时对系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。     

航天器返回地球的气动特性综述

航天器返回地球的飞行过程中,气动特性是实现将宇宙飞行速度减到落地前速度、保证再入飞行得到有效控制以及再入防热安全可靠的关键因素。针对简单旋成体气动外形、半弹道式再入控制、烧蚀防热类返回航天器,综述了返回地球过程中变化的空气流域特性、航天器周围的气体绕流环境、空气与航天器作用产生的动力学与热效应等。系统地给出了该类航天器的再入气动特性参数与飞行性能的共性规律,包括:气动阻力与再入减速、气动升力与再入轨迹控制、配平攻角与飞行稳定性、气动加热与防热,以及再入过程中不同气动特性航天器、气象条件变化等对再入飞行性能的影响规律。为航天器开展返回飞行过程的跨流域气动性能工程研制提供设计参考。     

基于马赫数分布可控曲面外/内锥形基准流场的前体/进气道一体化设计

提出了一种高超声速飞行器乘波前体的外锥形基准流场设计方法,在锥面马赫数分布规律给定的条件下,通过有旋特征线法实现反设计,提高了基准流场设计的灵活性。该基准流场通过锥形"下凹"弯曲激波和波后等熵压缩波系压缩气流,可以在较短的长度内完成高效压缩。基于反正切马赫数分布外锥形基准流场设计的乘波前体具有较高的容积率,乘波特性良好且出口均匀,设计点时有黏升阻比为1.89。另外,基于该乘波前体和马赫数分布可控的内收缩进气道给出了一种双乘波的前体与进气道一体化设计方案,实现了内外流分别独立乘波,充分发挥了乘波前体和内收缩进气道的各自优势。     

Enhancing the efectiveness of film cooling

Advanced gas turbine stages are designed to operate at increasingly higher inlet temperatures to increase thermal efficiency and specific power output.To maintain durability and reasonable life,film cooling is needed in addition to internal cooling,especially for the first stage.Film cooling lowers material temperature by forced convection inside film-cooling holes and by forming a layer of coolant about component surfaces to insulate them from the hot gases.Unfortunately,each cooling jet forms a pair of counter-rotating vortices that entrains hot gas and causes the film-cooling jet to lift off from the surface that it is intended to protect.This paper gives an overview of efforts to enhance the effectiveness of film-cooling.This paper also describes two new design concepts.One design concept seeks to minimize the entrainment of hot gases underneath of film-cooling jets by using flow-aligned blockers.The other design concept shifts the interaction between the approaching hot gas and the cooling jet to occur further above the surface by using an upstream ramp.For both design concepts,computational fluid dynamics results are presented to examine their usefulness in enhancing film-cooling effectiveness.      

Potentials of manufacture and repair of nickel base turbine components used in aero engines and power plants by laser metal deposition and laser drilling

IntroductionExpensive turbine parts like HPT(HighPressure Turine)blades or vanes are replaced bynew parts in case of damage.For example theburn through of the inner side of a blade or vane(Figure 1)is a frequently appearing damage,which cannot be repaired…     

Guide for Authors

<正>About Journal Chinese Journal of Aeronautics(CJA)is a comprehensive academic journal dealing with the fields of aeronautics and astronautics.It reports researches concerning the two fields in China and abroad to promote the academic exchange.Founded in 1988 and sponsored by the Chinese Society of Aeronautics and Astronautics and Beihang University,CJA publishes papers bimonthly,with issues released in February,April,June,August,October and December.     

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