基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法

为了控制装配过程中的关键装配特性,以大尺寸测量技术为辅助,实现大型零部件最优位姿装配,提出基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法。该方法将测量辅助装配(MAA)中的关键环节——最佳装配位姿拟合问题分为两步:第1步利用基于奇异值分解的解析方法将测量坐标系与装配现场的全局坐标系进行精确的空间配准,减小了坐标系对齐的误差,并以参考点拟合的偏差为优化目标,求解移动装配体当前位姿;第2步根据装配关键特性相关公差的重要程度,计算装配综合精度要求,并以最小综合偏差为优化目标求解移动装配体间的最佳装配位姿。随后给出了上述两个步骤的粒子群优化算法模型,将每步的待求解位姿作为一个拥有3个旋转自由度与3个平移自由度的粒子进行求解。最后对卫星舱段位姿最优装配问题进行仿真计算,结果证明了该优化算法在控制各项关键特性、提高综合装配质量等方面的有效性。     

基于夹具主动定位补偿的飞机柔性件装配偏差优化方法

柔性零件广泛用于航空、汽车等产品中,在柔性件的装配过程中,装配尺寸质量受零件制造、夹具和连接过程中多种偏差源的耦合影响,分析和控制难度大。提出了一种基于夹具主动定位补偿的装配偏差优化方法。首先,基于柔性件装配的受力变形分析,建立了考虑夹具法向定位误差的装配偏差模型。然后,根据上述模型,以夹具法向定位补偿量为优化变量,提出了夹具法向补偿量的优化模型和求解算法。以金属薄板装配和飞机壁板件装配为例,分别利用实验及有限元仿真分析了有无夹具主动定位补偿下的装配偏差。结果表明,夹具法向定位补偿对于减小柔性件的装配偏差具有显著效果,从而验证该优化算法的有效性和准确性。     

基于POGO柱三点支撑的飞机大部件调姿方法

 针对飞机数字化装配中大部件调姿与对接问题,设计了一种精密三坐标POGO柱,在此基础之上提出了一种基于三坐标POGO柱三点支撑的姿态调整方法。对基于POGO柱的调姿特性进行了分析,掌握了姿态可叠加特性和POGO柱受力状态的可叠加特性,由此得到了大部件调姿过程中三坐标POGO柱受力变形的计算方法,并给出POGO柱变形引起大部件姿态误差的数学模型,为控制系统实施调姿过程误差补偿提供了依据。仿真分析和实验研究表明基于3个POGO柱的大部件调姿方法具有稳定、可靠、高效的优点,通过简单的重组可以推广到四点支撑以便适应各类大型部件姿态调整的需要。     

飞机大部件对接中的位姿计算方法

在飞机的大部件对接中,为了达到较高的对接精度,需要准确地分析大部件的位姿,因此大部件位姿计算方法是首先需要解决的问题.本文简要介绍了奇异值分解法、三点法、最小二乘法计算位姿,并以三点法计算的结果作为最小二乘法的初值.比较了3种方法在点无误差和有误差时的部件拟合误差,分析了测量点的个数对部件拟合误差的影响,讨论了误差对部...     

大型飞机机身调姿与对接试验系统

为实现飞机大部件装配过程的数字化、自动化和柔性化,研制了大型飞机机身调姿与对接试验系统.阐述了该系统的工作原理,通过激光跟踪仪测量试验机身上的检测点,集成管理系统计算试验机身的位姿,控制系统驱动多个三坐标数控定位器协同运动,实现试验机身的调姿与对接.建立了位姿调整机构的运动学模型,针对构建的硬件平台完成了包括集成管理系...     

基于孔边距约束和Shepard插值的孔位修正方法

在飞机装配中制孔的位置精度直接影响飞机的最终装配质量,自动化制孔以飞机数模为基准,受装配误差影响,在机翼翼盒等封闭结构中,难以确保制孔位置与骨架沟槽关键特征的边距满足工艺要求。提出一种基于孔边距约束和Shepard插值的自动化制孔位置评价及修正方法,通过激光跟踪仪及扫描仪获取实测骨架点云数据并进行去噪和配准,将骨架理论孔位映射到点云模型获得实际制孔位置,提取骨架沟槽关键特征的边界点并构造Ferguson曲线作为边界曲线,基于此计算制孔约束区域中实际孔位的边距及孔边距偏差。针对孔边距可能超差的情况,提出一种先基于孔边距偏差修正约束孔位再利用Shepard插值法修正其余孔位的孔位修正策略,在满足孔边距要求的同时保留了原孔位的行列分布特性。运用所提出的方法对某型飞机机翼骨架进行测量和数据处理,验证了该方法的有效性。     

飞机复杂装配部件三维数字化综合测量与评估方法

 飞机复杂装配部件的全尺寸数字化综合测量与评估,能为飞机制造质量的持续提升提供重要的数据基础。测量工作要求在没有专用测量工装、不影响后续装配工序、受现场环境限制的情况下进行,具有被测对象外形复杂、存在自身遮挡、各部位测量数据要求不同、数据拼合及模型配准困难等难点。本文提出一种综合采用离散目标点摄影测量、结构光面扫描测量和手持式光笔接触测量的现场测量方案,以相互兼容的视觉目标靶点为不同测量方法之间数据定位融合的桥梁,实现了复杂装配部件的全尺寸现场测量。为使测量数据与CAD数模有高可靠性、高精度的配准,研究了配准点集的约束强度度量指标,以及配准误差的定量分析方法,在此基础上提出了配准约束强度优选参考值和临界阈值,可以有效指导飞机装配部件的现场数字化综合测量和质量评估。运用提出的综合测量方法和配准点选取准则,对某型飞机前机身进行了现场实际测量和数据分析,为复杂装配部件几何精度综合评估提供了有效方法和数据依据。     

基于有向点集的多面多孔式装配偏差分析与协调

多面多孔式装配是航天航空等大尺度部件装配/装调常见的连接形式之一,其空间装配关系复杂,调配环节多且存在耦合,以试错式的装配作业方式存在难度大、需反复试装与调配、装配质量一致性差、装配效率低等问题。采用"有向点"表征轴/孔配合的空间装配关系,提出了一种基于有向点集的多面多孔式装配协调数学模型,通过奇异值分解（SVD）分解法对基于有向点集的协调模型进行最优匹配运算,给出了装配调整量的计算方法。最后,以实际工程需求为应用背景,在实验室环境下进行了多面多孔式装配协调试验,结果表明基于测量数据的装配偏差分析与装配调整量计算方法可行。     

Trajectory Planning Algorithm Based on Quaternion for 6-DOF Aircraft Wing Automatic Position and Pose Adjustment Method

 A 6-degree of freedom (6-DOF) aircraft wing position and pose automatic adjustment method is presented to improve ARJ21 wing-fuselage connection precision and efficiency. Wing position and pose are adjusted by three pillars which are driven by six high-precision servo motors. During the adjustment process, wing is tracked and positioned by laser tracker. Wing initial posi-tion and pose are calibrated by using the measurement coordinates of assembly reference points. Wing target position and pose are calculated according to wing initial, fuselage position and pose, and relative position and pose requirements between wing and fuselage for the connection. Combining Newton-Euler method with quaternion position and pose analyzing method, the inverse kinematics of servo motors, together with the adjustment system dynamics is obtained. Wing quintic polynomial trajec-tory planning algorithm based on quaternion is proposed; the initial, target position and pose need to be solved and the inter-mediate moving path is uncertain. Simulation results show that the adjustment method has good dynamic characteristics and satisfies engineering requirements. Preliminary engineering application indicates that ARJ21 wing adjustment efficiency and precision are improved by using the proposed method.     

机身骨架装配柔性工装设计

为解决当前飞机机身装配工装效率低、定位精度不高、通用性差等问题,根据飞机机身结构,分析其装配需求,采用模块化设计思想,研制了面向机身骨架的"龙门式"柔性装配工装。该套柔性工装能够适应截面直径尺寸小于3m、机身筒段长度3~5m的产品,通过伺服电机驱动、手工调整以及更换特殊定位器等来实现对新类型机身的定位。工装操作简单、适应性强,能够以较低的成本提供较大的柔性。     

大部件对接中iGPS高精度位姿测量优化设计

 为保证大部件对接位姿测量精度,提高对接测量效率,实现大部件最优位姿装配,提出了基于iGPS测量系统的大部件对接位姿测量优化设计方法。首先,基于iGPS系统测量模型和不确定度模型建立对接测量网络,并对其网络测量精度进行仿真分析,优化设计了对接测量网络iGPS多发射器的布站方式;其次,基于对大部件位姿参数求解模型及不确定度模型的仿真分析,优化设计了调姿基准点的布设方式;最后,对某机型大部件对接进行了位姿测量方式的对比实验。结果表明,经过位姿测量优化设计后,大部件对接测量x、y、z的位置调整不确定度均小于0.16 mm,姿态滚转角、俯仰角和偏航角的角度调整不确定度均小于3.1",相较于未经布站优化设计的测量方式,精度至少提高了20%。由此证明该测量优化设计方案能够高效、高精度地对移动大部件进行实时位姿测量,在有效提高大部件对接位姿测量效率及精度方面是可行的。     

飞机部件装配生产线仿真研究

飞机装配是现代飞机制造过程非常重要的环节,利用仿真方法预先评估装配生产线生产能力、资源的利用情况等,可以优化并解决装配生产线的瓶颈问题。本文以飞机中机身典型部件装配生产线作为研究对象,使用装配生产线仿真方法,建立了飞机中机身典型部件装配生产线模型,对装配生产线的产能、瓶颈、平衡率等问题进行仿真及优化分析。     

基于力位协同控制的大飞机机身壁板装配调姿方法

为校正中机身壁板由于重力和调姿内力产生的变形，提高中机身壁板装配调姿精度，提出了一种基于力位协同控制的装配调姿方法。通过将调姿机构等效为并联机构，推导了调姿机构的解析正反解模型；根据螺旋理论，建立了力传感器测量值与重力、调姿内力之间的映射关系，实现重力补偿值的动态计算，基于局部刚体-弹性连接假设，通过多元线性回归方法构建了调姿内力转化为位置补偿量的模型；根据Clamped-Free变形协调原理，简化了定位器调姿内力之间的协调关系，在此基础上提出了重力前馈补偿和调姿内力转化为位置补偿的力位协同控制策略，并对其进行了理论分析与设计。最后，对所提出的控制策略进行了仿真分析，结果表明采用力位协同控制方法，调姿定位精度提高35.3%，调姿内力降低77.8%，通过应用实验，说明了该方法的可行性和有效性。     

隐身舰载战斗机气动力设计关键技术

围绕隐身舰载战斗机气动力设计中的关键技术问题,深入梳理了有益的工程设计经验,从多目标约束下的起降增升设计、跨超声速精细化减阻设计、全机均衡减载设计等3个方面,阐述了气动力设计在性能、操稳、重量、隐身等多专业强约束下的窄域设计方法。相关分析表明：采用机翼后缘简单襟翼的设计方式、结合机翼三维型面弯扭设计与舵面使用策略优化,能够满足强隐身约束下舰载战斗机的起降升力需求;合理配置座舱位置以及后机身上表面的激波压缩/膨胀波系、优化进气道溢流吸力矢量方向等,能够在不降低机身容积的前提下,有效降低机身阻力;利用机身下表面与拦阻钩舱门区的修型进行机身反弯设计,能够实现严重载荷状态下的平尾减载。     

Collaborative force and shape control for large composite fuselage panels assembly

This study proposed a force and shape collaborative control method that combined method of influence coefficients(MIC) and the elitist nondominated sorting genetic algorithm(NSGA-II) to reduce the shape deviation caused by manufacturing errors, gravity deformation,and fixturing errors and improve the shape accuracy of the assembled large composite fuselage panel. This study used a multi-point flexible assembly system driven by hexapod parallel robots. The proposed method simultaneously considers...     

飞机机身-机翼接头精加工条件评价技术

 在飞机机身部件数字化对接装配过程中,为保证机身-机翼接头配合面与连接孔精加工的安全性,在加工前安排机身-机翼接头的在线三坐标测量工序。具体阐述了基于专用数控机床的机身-机翼接头测量方法,提出了被测孔与平面理想几何要素的稳健最小二乘拟合方法,并给出了基于被测孔、面拟合方位的机身-机翼接头可加工性评价模型。仿真结果表明：接头孔与平面的稳健拟合方法具有较高的精度和较强的抗粗差能力,机身-机翼接头的可加工性检验能揭示不合理的飞机机身、机翼位姿所带来的加工安全隐患,从而避免精加工过程破坏机身-机翼接头。     

基于工程环境的气动多目标优化设计平台研究

工程环境中,飞机气动力设计面临在多个目标和多种约束条件下寻找最优值,需在较短时限内完成设计优化,并保证最终方案可靠。基于高性能计算环境,采用现代计算流体力学(CFD)数值模拟技术和优化技术等构建了面向实际工程的飞行器气动多目标优化设计平台:采用基于非均匀有理B样条(NURBS)方法的自由曲面变形技术,实现对工程复杂气动外形的参数化表达;采用网格变形技术,实现优化过程中计算网格的自动更新;采用基于有限体积方法和多块结构网格的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程并行解算器进行气动力求解;采用基于精英保留策略的非支配排序的多目标遗传算法(NSGA-II)进行多目标全局优化求解;采用非线性单纯形算法进行局部优化求解,优化过程中,通过人工调整优化种群,引入人工经验,构建"人在回路"的设计流程。以某翼型/机翼气动力优化设计为例对该平台技术进行验证:多目标优化设计可得到清晰的Pareto前沿解分布;优化后的翼型/机翼在满足各项约束的前提下,具备更高的综合气动性能。结果表明:所发展的气动多目标优化设计平台具有很好的工程适用性。     

Aerodynamic optimization of rotor airfoil based on multi-layer hierarchical constraint method

Rotor airfoil design is investigated in this paper. There are many difficulties for this high-dimensional multi-objective problem when traditional multi-objective optimization methods are used. Therefore, a multi-layer hierarchical constraint method is proposed by coupling principal component analysis (PCA) dimensionality reduction and e-constraint method to translate the orig-inal high-dimensional problem into a bi-objective problem. This paper selects the main design objectives by conducting PCA to the preliminary solution of original problem with consideration of the priority of design objectives. According to the e-constraint method, the design model is estab-lished by treating the two top-ranking design goals as objective and others as variable constraints. A series of bi-objective Pareto curves will be obtained by changing the variable constraints, and the favorable solution can be obtained by analyzing Pareto curve spectrum. This method is applied to the rotor airfoil design and makes great improvement in aerodynamic performance. It is shown that the method is convenient and efficient, beyond which, it facilitates decision-making of the high-dimensional multi-objective engineering problem.     

基于ELM的飞机数字化装配定位运动模型

针对飞机装配中开敞性较差环境下的串联装配机构半闭环定位运动控制问题进行研究,提出了基于极限学习机(EML)算法的飞机数字化装配定位运动模型。通过分析飞机数字化装配串联定位机构的运动学模型特点及性能要求,提出了飞机数字化装配定位运动的单隐含层前馈神经网络模型,并基于极限学习机提出了装配定位运动的数据辨识模型,且最后给出了基于极限学习机算法的定位运动离线辨识方法。通过将某大型飞机机身壁板柔性预定位工装作为试验平台进行验证,结果表明,获得的定位运动模型使直接装配定位精度达到±0.25 mm,满足某大型飞机机身壁板长桁的装配定位精度要求±0.50 mm。试验系统涉及的若干关键技术已应用于某大型飞机的壁板组件装配预定位柔性工装系统。     

基于扩展Petri网的飞机装配系统设备调度方法

针对飞机装配过程中设备调度的复杂性,提出了基于扩展Petri网构建设备调度模型的新方法。结合飞机装配的实际特点,论述了模型定义过程和建立方法。该模型以面向对象Petri网表达飞机装配过程,以赋时Petri网将装配过程与辅助设备相关联,利用混合算法以时间和设备利用率为目标对模型进行优化求解。以某模型飞机中机身装配过程为例,应用该方法进行建模并求解,实例应用与分析表明该方法对实际装配设备调度具有较大的指导意义。