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].     

飞机长桁类零件工艺板坯数模的展开设计

飞机长桁类零件工艺板坯数模的精确展开设计对于提高加工效率、降低加工成本、节省原材料以及改善零件成形性能具有重要的工程意义。基于长桁类零件的结构特点和成形工艺,提出一种零件设计数模向工艺板坯数模的展开转换方法。通过建立局部笛卡尔坐标系,逐步对长桁的基础特征和局部特征进行展开转换,最终将零件设计数模展开为适用于三坐标数控加工的工艺板坯数模。同时,通过在展开转换过程中对零件成形过程中产生的延展变形进行前置补偿,有效避免了零件的超差或报废。     

复杂S形蒙皮成形工艺研究

介绍了某飞机中舱门蒙皮从零件数模开始,利用工艺设计制造系统软件进行工艺设计和分析,通过有限元模拟检验工艺方案,经生产性试验,最终确定了优化的工艺参数并应用于生产,大大提高了生产效率和零件质量.     

三维弹性结构在航空领域内的应用

本文提出基于三维弹性结构的变形飞机设计构想。三维弹性结构可以构成未来作战飞机的主体零件,能实现金属零件减重,大体积变形并保证性能不变。分别阐述了三维弹性结构组成部分中的三棱锥变形结构和等强空心变形结构的概念和机理,进而引出三维弹性结构零件的特点。通过与现有变形飞机的技术和材料进行对比,描述了以三维弹性结构为主体的作战飞机的设计思路以及对未来的作战方式的影响。     

基于CATIA二次开发的数模信息提取及组织技术研究

基于CATIA的三维数字化设计已逐步成为飞机产品设计的主流方式,其产品数模中包含大量存放于数模结构树中的非几何信息,人工查看时存在工作量大、耗时长且容易遗漏的问题.本文提出了一种基于CATIA二次开发的数模非几何信息自动提取和组织方法,能自动、快速、准确地进行数模结构树中非几何信息的批量提取、再组织和统计报表生成,极大地提高审图和工艺准备的工作效率和质量.     

基于MBD的容差分析技术

随着数字化技术的深入发展,MBD技术通过将产品制造过程中所需的各类信息在三维产品数模上进行统一表示,为实现运用虚拟技术进行容差的分析仿真、优化提供了可能.基于MBD的容差分析技术综合考虑了数字化装配协调方案对产品性能的影响,实现了基于三维数模的完整工艺信息表达,并列入企业生产资源库和6σ理论对容差分析方法进行了完善,从而为提高容差设计的合理性和良好的制造工艺性提供了有力支持.     

快速原型制造技术

快速原型制造技术变革了传统的体积成形与去除成形的加工方式,是一种材料累加制造法,可从三维数模直接制造出任意复杂的零件,适合加工形状复杂的难成形/难加工材料和生产批量小、科技附加值高、具有特殊要求的航空航天零件。     

可交互操作的民机轻量化数模创建方法

民机三维模型具有直观性,对于提高飞机远程维修支援等工程实践的效率和准确度具有重要意义。但三维模型数据量较大,导致模型打开缓慢和网络传输耗时过长,因此,飞机三维数模的轻量化,在实际工程使用及相关操作中具有重要意义。本文针对这一实际问题,结合目前国内外在模型轻量化领域的研究成果,提出了民机三维模型的层次化轻量化的方法,并将轻量化模型进行装配文件与零件文件分开存储的方式,生成一种支持可远程网络操作与航线维修三维模型的民机三维数模的轻量化模型。试验表明,该方法可有效地减小模型的大小,加快模型在网络间的传输速度和模型显示速度。     

数字样机在飞机设计中的应用

在飞机数字化设计中 ,建立三维外形数模 ,实现三维设计、三维协调、三维预装配 ,生成全机数字样机是一个新课题。本文介绍了国内首次数字化样机设计在西安飞机设计研究所的进展情况 ,叙述了开展这项工作的技术基础、应用要点及今后的发展思路。     

基于骨架模型的复合材料结构设计研究

复合材料因其具有比强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳性好、耐腐蚀等独特优点,在航空航天领域应用日益广泛.国外现代飞机复合材料结构设计在CAD/CAM和系统工程管理支持下,形成了综合考虑全寿命周期中设计、生产、使用和保障等各阶段要素的基于全寿命分析的并行工程关联设计方法.国内的复合材料结构设计目前普遍采用的二维图纸和三维数模结合方式,但由于三维数模与二维图纸转化的中间环节,工作中难免出现错误.     

3D打印技术与传统加工技术对比的优缺点

随着计算机技术的飞速发展，3D打印（增材制造/快速成形）技术基于分层制造原理，采用材料逐层累加的方法，直接将数字化模型制造为实体零件，在多个领域具有广泛的应用前景。3D打印技术与传统加工各有千秋，3D打印与数控加工、铸锻造及模具制造等传统加工手段相结合，正在成为新产品快速成形与制造的方法之一。在民机制造领域，3D打印生产的零件，尤其是金属成形件，需要进一步的后处理（如热处理）才能投入生产使用。对于特定金属材料的3D打印成形零件，形状可以优化控制，并且结构静力性能可与铸锻件媲美。但是，由于无损检测能力的限制，3D打印零件内部孔隙度和微裂纹不可预测。对3D成形件的认识程度相比于传统加工还有较大差距，在民机应用中还有较长的路需要走。     

基于3D打印的舵面可调实用化飞机风洞模型的设计与试验

飞机风洞试验模型的设计和加工是风洞试验的重要环节,对飞机研制的周期和成本具有重要的影响。为提高飞机研制的效率,基于3D打印技术提出了实用化飞机风洞模型的设计和制造方法。采用3D打印加工树脂气动外壳和机加工金属强化骨架的复合结构方案,设计并测试了某型号飞机的低速全机测力模型。提出了变角片和旋转轴-定位销两种舵面偏角方案,设计了内嵌金属套筒用以降低因装拆磨损带来的树脂精度损失。采用计算流体力学与计算结构力学（CFD/CSD）分析技术,对模型的设计进行了强度校核。加工装配的复合模型在FD-09低速风洞进行了吹风试验。试验结果显示：带舵面偏角的复合模型在迎角α=8°和风速V=70 m/s条件下安全,其气动数据与金属模型吻合良好,具有实用性。相比金属模型,树脂-金属复合模型的加工周期和成本大幅降低,可有效响应飞机设计工作者对模型快速设计和加工的需求,有助于提高飞机设计效率。     

基于模型的装备维修性设计控制技术

伴随数字化设计方法日趋成熟,飞机装备维修性设计面临如何与三维数字化设计环境下功能性能设计同步的难题。对比分析了数字化环境维修性设计与传统维修性设计的主要差别,提出了基于飞机装备数字化设计环境维修性设计流程,研究了维修性设计参数的表达模型以及维修性参数信息在三维设计数字环境中的转化、集成与利用方式。基于图论和网络节点框图,提出了一种以节点网络图、单节点维修时间模型、维修过程时间模型为表征的飞机装备维修性设计与控制方法。经实例验证,提出的这套基于数字模型的维修性设计技术,对装备在数字化设计环境下同步开展维修性设计具有一定的工程指导价值。     

面向制造的通用飞机数字化设计方法研究

为提高装配图纸对生产的可指导性,实现总装物料与图纸的层级对应,同时减少详细设计阶段各专业的冲突,对面向制造的通用飞机数字化设计方法进行了研究。结合生产工艺流程进行总体方案设计,确定总体参数;以装配流程为建模结构,在按需求配置的协同设计平台中搭建总体骨架,进而开展详细三维建模工作。通过实际机型的三维建模证明,此种建模方式下设计过程中的模型冲突得到了即时解决,各分工位设计实时关联,设计图纸可直接指导生产装配,大幅度缩短了研发周期。     

航空发动机损伤叶片再制造修复方法与实现

航空发动机叶片长期工作在高温、高压和高速的环境下,极易出现损伤。但是,损伤叶片的再制造修复技术一直被国外垄断,国内航空公司不得不花费大量的资金和时间将受损叶片送往国外维修。针对此问题,提出一种航空发动机损伤叶片再制造修复方法。首先,对损伤叶片进行失效特征分析,评价修复可行性;其次,获取并处理叶片点云数据,提取叶片截面的边界曲线,重建叶片数字化模型,通过布尔运算得到加工目标模型;再次,采用激光熔覆和自适应加工方法,对损伤叶片进行再制造修复;最后,分别对叶片三维数字化模型与实物进行精度检测和误差分析。结果表明,利用该方法建立的叶片数字化模型具有较好的精度和光顺性,再制造修复误差满足发动机维修手册的要求。     

VGStudio MAX2.0软件在CT图像三维重建中的应用

为发展和应用工业CT测量技术,提高航空零部件无损检测质量,我们在现有工业CT机二维计算机层析的基础上,使用三维重建专业软件VGStudio MAX 2.0,对被检工件的系列二维CT图进行重建,得到三维数据模型。计算机重建的工件可以实现更高级的几何显示功能、结构复杂部位的尺寸测量以及缺陷的检测分析,让人们对产品的整体结构和质量有更为全面、深刻的了解。     

基于模块的飞机产品结构管理研究

飞机研发是一项大型的系统性工程,传统的飞机产品结构由于零组件数据集包含有二维图纸、三维模型、临时更改单等大量文档且更改较频繁,同时制造、维修等部门在工程数据重构中存在工作量大和转换易脱节等特点,导致产品数据管理异常复杂和困难,效率也较低。为了简化飞机产品结构管理方式,在借鉴国际主流飞机制造商经验的基础上,通过结合模块化理论和全三维设计手段。以某一型号的民用飞机为例,重点从产品结构的组织模式、数据集的构成、产品数据的更改规则对该管理方案进行了阐述。从而保证了构型数据管理的便捷性和准确性,也符合未来飞机产品研发全数字化的发展方向。     

基于DELMIA的飞机三维装配工艺设计与仿真

针对我国航空制造业当前装配工艺规划与设计的现状,开展了基于DELMIA进行飞机三维装配工艺设计与仿真方法的研究,对三维装配工艺设计与仿真的关键技术进行了重点分析,包括三维工艺组件划分、装配生产线布局规划、基于知识的装配工艺规划,以及装配仿真中的装配干涉检查、人机工效仿真,并通过某型飞机机翼装配对三维工艺设计与仿真进行了应用验证。     

A mask R-CNN based method for inspecting cable brackets in aircraft

In the aviation industry, cable bracket is one of the most common parts. The traditional assembly state inspection method of cable bracket is to manually compare by viewing 3D models. The purpose of this paper is to address the problem of inefficiency of traditional inspection method. In order to solve the problem that machine learning algorithm requires large dataset and manually labeling of dataset is a laborious and time-consuming task, a simulation platform is developed to automatically generate synthetic realistic brackets images with pixel-level annotations based on 3D digital mock-up. In order to obtain accurate shapes of brackets from 2D image, a brackets recognizer based on Mask R-CNN is trained. In addition, a semi-automatic cable bracket inspection method is proposed. With this method, the inspector can easily obtain the inspection result only by taking a picture with a portable device, such as augmented reality (AR) glasses. The inspection task will be automatically executed via bracket recognition and matching. The experimental result shows that the proposed method for automatically labeling dataset is valid and the proposed cable bracket inspection method can effectively inspect cable bracket in the aircraft. Finally, a prototype system based on client-server framework has been developed for validation purpose.     

过渡协调模式下机翼数学模型的建立

讨论了飞机制造模式由模拟量协调体系向数字量协调体系转化过程中出现的问题,重点研究了其中的关键技术,即飞机外形数字化模型的建立,主要包括理论图的分析与转化,外形数据的获取,翼型轮廓曲线的计算,外形曲面的重构以及误差检验等。上述建模过程遵循了原始设计意图,保证所建数模符合生产中使用的制造与检验依据,为定型飞机数字化建模提供了理论指导。