飞机装配数控柔性多点工装技术及应用

型架是飞机装配的重要工艺装备,为了改变传统飞机装配中一个壁板组件对应一个刚性型架的"一对一"装配模式,减少工装数量,实现数字化柔性装配,提出了一种"卡板定位支点可重构"的数控柔性多点型架的新方法.详细介绍了其基本原理及设计关键技术,利用现场总线技术实现了卡板定位支点的数控调形重构,基于CATIA软件二次开发技术开发了调形计算软件,实现了数控柔性多点型架应用过程中调形数据的全数字量传递.应用表明数控型架运行稳定、可靠,满足精度要求,实现了飞机装配工装的数字化和柔性化,对飞机数字化装配柔性工装技术的研究具有重要意义.     

数控蒙皮拉形试验系统及精度分析

为研究飞机蒙皮零件在拉形过程中的变形行为,在自行研制的多用途三轴加载试验机的基础上,采用数字PID控制算法,对试验系统的控制软件进行了改进,实现了加载油缸的速度控制以及同轴两油缸的位移同步控制,建立了数控蒙皮拉形试验系统.试验结果表明,系统具有较高的精度,符合大多数常见蒙皮零件进行试验的要求,为进一步研究蒙皮成形过程提供了良好的试验环境.      

面向机身柔性装配的在线编程技术

为满足机身数字化装配的“一架多型”和“一架多态”深层次柔性需求,使“桥架式”柔性工装具有更好的自主适应能力,必须建立相应的运动学模型,通过在线编程技术合理地规划运动控制策略.针对机身定位形式与柔性工装特点建立了柔性工装运动学模型,研究了基于仿真模型的在线编程原理、装配基准点构建方式和运动控制策略规划技术,提出了结构功能结合工艺需求驱动的仿真环境创建方法.为快速生成运动控制指令,开发了面向机身柔性装配的在线编程系统.以某飞机后机身装配为例,验证了系统的精准性、高效性和超强自主适应能力.      

飞机发动机叶片缺陷的差激励涡流传感器检测

针对某型号飞机发动机涡轮叶片上预制的微裂纹缺陷进行了检测研究.基于涡流检测技术设计并研制了一种尺寸小、灵敏度高的差激励探头,应用有限元分析软件开展了叶片微裂纹缺陷仿真分析.为了实现叶片的自动高效检测,设计并采用数控多自由度扫查台来控制采集过程,实现了对叶片表面裂纹缺陷的快速扫查检测.采集信号经过信号调理电路,A/D转换后输入计算机,完成信号的保存、处理和输出.通过对比实验结果与仿真结果发现,研制的差激励式涡流传感器可以有效地实现对叶片类零件表面微裂纹位置的判定,对涡轮叶片类零件微缺陷早期诊断评估具有一定的现实和借鉴意义.      

飞机复杂蒙皮拉形模具型面设计方法

针对目前复杂蒙皮拉形工艺中拉形模的设计没有实用、详细设计方法的情况,从改善毛料拉形过程中的应变分布出发,提出了一种基于"截面线等长"的拉形模型面设计方法,即通过工艺补充面的灵活设计,实现模具沿各个拉伸方向上的截面线长度趋于一致,以使毛料在贴模后各个截面的延伸率尽可能的接近,再通过工艺补充面的曲率和切向的调整,使毛料在拉形时应变分布更加均匀,以减少甚至避免与应变分布相关的各种缺陷的出现.通过某型号飞机复杂蒙皮零件模具型面的设计及拉形过程的有限元模拟分析,验证了这一拉形模具型面设计方法的合理性和有效性.      

可重构柔性多点模具蒙皮拉形模面补偿算法

针对单曲形蒙皮零件,建立了有限元数值模拟的离散模型和等效模型,通过对成形计算时间、垫层变形量和成形零件外形的比较,验证了等效模型的高效性和可靠性.为了消除垫层变形和板料回弹对成形精度的影响,采用有限元等效模型技术,基于位移调整法,提出了先进行板料回弹补偿再进行垫层变形补偿的模面补偿算法,并应用该算法分别对单曲形和双曲形蒙皮零件进行了拉形模面补偿分析.在得到的补偿模面上进行了单曲形和双曲形蒙皮零件成形试验,采用非接触光学测量系统进行数字化测量后,发现成形零件外形误差均在允许范围(±0.5 mm)之内,满足精度要求,验证了该模面补偿算法的有效性.      

用于长周期高精度轨道控制任务的快速半实物仿真系统

针对长周期高精度轨道控制任务的快速仿真试验需要,对传统的卫星控制系统半实物仿真系统进行了重构.提出利用动力学仿真模型程序的超实时运行驱动试验进程加速的方法,介绍系统总体设计思路及其结构、组成和工作原理,给出实时/超实时双模高精度动力学模型的开发及星地状态同步两项关键技术的具体实现,并通过应用实例证明了系统的有效性.     

基于激光跟踪定位的部件对接柔性装配技术

数字化柔性装配技术是飞机制造领域近期的主要研究方向之一.以飞机部件对接装配定位为研究对象,研究了基于激光跟踪定位的飞机部件对接的数字化柔性装配技术和原理;在激光跟踪仪的二次开发软件包的基础上,开发了激光跟踪测量原型系统;论述了机械随动定位装置和随动伺服控制系统的组成和原理,实现了以位置控制为目的的机械随动伺服控制系统;以图形软件包为基础,建立了部件对接数字化柔性装配系统集成平台,并能够在此集成平台上进行基于激光跟踪测量的部件对接装配的实时仿真.本研究可对近期开展的数字化柔性装配技术研究提供一定借鉴.     

复杂陶瓷件烧结过程温度场数值模拟及仿真

随着陶瓷应用领域的不断扩展,对其品质要求也越来越高.而传统的设计工艺与制造过程是相分离的,到最终生产工艺的定型需要大量的反复修改.为解决传统陶瓷设计工艺只能依靠经验的现状,节约成本,缩短生产周期,故开发了复杂陶瓷零构件烧结过程计算机仿真软件.首先借助传热学原理来建立温度场模型,其次借助有限差分法处理温度场模型,编写出此仿真模拟软件的核心计算代码,从而实现了复杂陶瓷零件和组合构件烧结过程中温度场的模拟仿真.      

数控蒙皮横拉机运动分析与仿真控制

进行了某数控蒙皮横拉机的机构分析,开发了机构运动反解软件.并在UG软件中进行了机构的运动建模与计算机仿真.运动反解与计算机仿真的相互验证,确定运动反解软件的准确性.实现了拉形过程有限元模拟与拉形机作动筒伸缩控制的结合,为该设备的精确控制及效能发挥提供了技术基础.      

翼身融合布局客机客舱布置快速生成原型系统

翼身融合布局（BWB）客机的客舱布置方案在很大程度上决定了其气动外形，筛选出一种合理的客舱布置方案是BWB客机概念设计的一项重要任务。为了提高BWB客机客舱布置设计的效率，应用基于知识工程（KBE）的方法，将BWB客机客舱布置的知识和规范融入在客舱布置几何模型创建过程中，开发出了一个BWB客机客舱布置快速生成的原型系统。分别以300座和400座BWB客机为例，验证该原型系统的有效性。结果表明，只需输入客舱布置设计要求和主要参数，该原型系统即可自动地生成客舱布置方案。所开发的原型系统为BWB客机客舱设计提供了一种快速的途径。      

卫星/伪卫星组合着舰导引中伪卫星的布局方案设计

卫星/伪卫星组合着舰导引系统的定位精度与伪卫星的几何布局有密切关系.为提高系统的定位精度研究伪卫星在航母上的布局问题,根据伪卫星的特点以及航母的构造选定伪卫星的8个可布设点搭建舰载机着舰过程的仿真模型,构造舰载机及航母的航行轨迹,同时在仿真模型中引入舰船运动模型.利用精度因子分析在舰船上布设伪卫星对定位精度的影响,进而提出了伪卫星在航母上的布局方案.结果表明,提出的方案能够减小精度因子,尤其是垂直精度因子,提高了定位精度.     

知识驱动飞机翼面结构快速设计

为提高飞机翼面结构初步设计阶段的质量和效率,对飞机翼面结构的建模过程进行研究.定义了结构布局坐标系及构件位置参数引用规则,提出了基于模板的翼面结构快速建模的方法.选择适合的参数化工具开发了知识驱动的飞机翼面结构的快速设计系统,将设计方法、规则及专家经验等知识进行封装,实现了翼面结构的自动布局并生成布置模型.在此基础上针对模型不同单元的生成逻辑,分别进行了实体模型的建立,通过用户自定义特征(UDF, User-Defined Features)技术进行几何特征体的参数化建模,在布置模型基础上自动实例化.最后通过飞机机翼翼盒结构实例验证了方法的可行性和有效性.     

民机客舱布局工效学量化设计模型

为提升客舱布局设计效率及面向民机客舱快速仿真设计系统提供技术支撑，提出了一种民机客舱布局量化设计模型。该模型面向工效学设计需求，以座椅排距、座椅排数、各级客舱舱段长度等作为设计变量，构造了舒适性、安全性、经济性三类目标函数，实现了客舱边界限制、人机空间耦合关系、适航安全性要求等约束条件的量化描述。分别以双通道宽体干线客机、单通道窄体干线客机和支线客机为应用算例，对所提模型的可用性进行了计算验证。结果表明:所提模型可适用于多种机型的客舱布局设计，能够提供多个满足舒适性、安全性、经济性等多样化工效学设计指标的量化设计方案，并可给出各类指标进一步的优化途径。所提模型在一定程度上实现了民机客舱布局量化设计，为概念设计阶段客舱布局快速设计和多方案比较提供了一种新的方法，同时也可作为航空公司客舱布局选型的定量化辅助决策工具。      

基于空间扫略的飞机产品装配路径规划技术

提出了一种基于空间扫略的飞机产品装配路径规划方法来解决飞机装配路径规划难题.首先,在装配顺序的基础上,综合考虑装配过程中装配型架、夹具、工具的作用,提出了整个装配路径规划流程;其次,基于装配顺序并充分考虑装配资源的角色作用,建立了面向路径规划的向导模型;然后,针对飞机装配特点,构建了相关路径障碍空间、空间扫略闭包及装配路径闭包,根据空间扫略算法生成了相关零部件在相应装配向导模型约束下的装配路径;最后,对生成的装配路径进行了参数化定义与分析,通过对装配干涉阈值的定义和优化调整,完成对装配路径的优化.在理论研究的基础上以某型飞机前缘襟翼架上装配为实例,针对其9号蒙皮装配进行路径规划与优化,验证了方法的可行性与有效性.     

隐身飞机敏感性影响因素组合分析

针对多因素下的隐身飞机敏感性评估问题,对典型作战场景中隐身飞机敏感性影响因素进行了组合分析研究。首先,建立了基于任务周期的敏感性计算模型;其次,对雷达、红外、射频（RF）和电子干扰等方面敏感性参数进行分析,构建不同因素的计算模型;最后,开展了不同隐身构型下隐身飞机敏感性影响因素的仿真实验。结果表明:多种手段的组合使用可以有效降低隐身飞机敏感性,并在一定参数范围内得到多因素组合下敏感性的影响程度。研究结果对隐身飞机敏感性减缩及方案的设计和改进具有一定参考意义。      

基于火灾疏散安全指数的飞机客舱防火设计

为研究飞机客舱设计对防火性能的影响,首次提出火灾疏散安全指数(FESI) 的概念.利用PyroSim及Pathfinder仿真软件对飞机客舱的火灾场景和疏散过程进行模拟,确定不同客舱内表面积、出口宽度和高度及搭载人数下出口的FESI,分析以上设计因素对客舱火灾疏散能力的影响.使用BP神经网络算法确定几种窄体飞机在确保火灾疏散安全情况下的最大搭载人数.并以B737-800飞机为例对其疏散方案进行优化,模拟结果表明:客舱的内部表面积、舱门尺寸及座位数都是显著影响客舱防火性能的设计因素,典型布置下的B737-800飞机最大承载人数为154人,在疏散方案优化后可增加至175人.所提出的FESI不仅可对现有飞机的防火性能进行评估,优化客舱布局及人员疏散方案,还可为国产大型飞机客舱防火设计提供依据,同时为其他领域的消防研究提供参考.      

空中最小操纵速度的人机闭环数学仿真计算

空中最小操纵速度V_MC的确定是民机适航符合性验证的一项重要内容,其取值大小是飞机方向舵与发动机布局设计的重要依据之一.基于对飞机空中最小操纵速度的适航符合性验证试飞过程的物理认识,提出了初步确定V_MC的数学仿真计算新方法.根据V_MC验证试飞过程中驾驶员的操纵行为特点,建立了驾驶员的数学模型,进而构建了相应试飞任务的人机闭环飞行数学仿真模型.通过对飞机的V_MC验证试飞过程进行准确的数学仿真模拟,可得到不同验证条件下的空中最小操纵速度.该方法对于指导飞机的方案设计与适航符合性验证试飞等都具有一定的理论指导意义与实际的工程应用价值.     

基于非正交干涉矩阵的飞机装配序列规划方法

针对飞机装配中外形曲面特征多、装配关系复杂、连接方式多样等带来的装配工艺设计问题,提出了一种基于非正交干涉矩阵的飞机部件装配序列规划方法.通过分析被装配零件的结构特点,增加非正交的装配坐标方向,构建了非正交干涉矩阵;给出了装配可行性的推导方法,实现了装配序列的自动生成.并以装配时间为目标函数,采用遗传算法对装配序列进行了优化.基于MATLAB仿真平台,对某型号飞机舱门装配过程进行了模拟.仿真结果表明,该方法简单易行.与传统的基于正交干涉矩阵的方法相比,对于可装配性和装配效率都有显著提高.