全复合材料轻型飞机制造工艺的实践与探讨

本文详细叙述了南京航空杭天大学在研制轻型飞机中采用的制造工艺，对复合材料部件的胶接、工装模具的设计与金属件的连接进行了大胆的尝试与深入研究。实践证明，该工艺合理，制造过程简单，对研制复合材料飞机有一定参考意义。     

全复合材料轻型飞机制造工的实践与探讨

本文详细叙述了南京航空航天大学在研制轻型飞机中采用的制造工艺，对复合材料部件的胶接，工装模具的设计与金属件的连接进行了大胆的尝试与深入研究，实践证明，该工艺合理，制造过程简单，对研制复材料飞机有一定参考意义。     

先进复合材料构件成型模具和工装技术

近年来,先进复合材料在现代飞机上的用量不断扩大,已经成为铝、钢、钛之外的第4大航空结构材料.复合材料在A380中用量达总重量的25％,在B787中更是达到了50％,在A350XWB结构上的用量达到了52％.其中应用最多的仍然是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维等高性能纤维增强的树脂基复合材料,简称先进复合材料.其突出特点是构件在成型过程中,需要加热、加压和抽真空等工艺条件,材料成型和构件成型同时完成,其形位精度主要依靠相应的模具和工装来保证.市场对先进复合材料产品质量、性能、成本、周期等要求的不断提高,促进了先进复合材料工艺技术及其模具和工装技术不断创新发展.     

分段铸造式飞机雷达罩成型模具的参数化设计

针对采用分段铸造式设计制造的复合材料飞机雷达罩的成型模具,将参数化设计方法运用到其设计中,能够提高设计效率、缩短设计周期。通过分析成型模具的结构特点和建模要求,结合工装设计人员的经验,确定其参数化设计流程。通过分析成型模具各段的具体结构,提取成型模具各段的主要设计参数。基于CATIA开发出分段铸造式飞机雷达罩成型模具的参数化设计系统。     

复合材料构件成型模具的参数化设计

文摘实现复合材料构件成型工装的快速设计对缩短生产准备时间、提高构件质量具有重要意义。本文分析了复合材料构件成型模具的结构和建模特点及要求,提取了结构各部分的设计参数;基于CATIA和CAA平台开发了复合材料构件成型模具设计系统,并应用于飞机复合材料构件的成型模具设计中,验证了本文方法的可行性。     

先进复合材料构件成型模具和工装技术发展趋势

在分析先进复合材料构件成型过程和工艺特性的基础上,分别从满足先进复合材料构件成型压力、温度和真空度以及构件质量和工艺可行性等方面,综述了膨胀橡胶、殷钢、碳泡沫、碳毡、形状记忆高分子和水溶性材料等模具和工装的特点和应用状况.     

某大型飞机复合材料壁板工艺仿真及验证技术

热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间罐内温度分布变化以及模具与复合材料构件之间的热不匹配、柔性模具的低热导率等因素导致制件内部不可避免的产生温度梯度以及残余应力,从而影响材料的使用性能。大尺寸曲面帽型壁板采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,针对复合材料构件热压罐成型过程中温度场分布和固化变形等问题,进行了仿真分析,通过对比制件温度场分布和固化变形仿真计算结果以及全尺寸零件的实际验证结果,验证了预测方法的正确性。分别利用成型工装和检测型架改进优化以及制造过程优化来控制构件固化变形,使其形状满足产品尺寸的精度要求,证明根据工艺仿真计算结果以及工艺过程改进,可以对大尺寸曲面帽型壁板在制造工艺过程中出现的变形回弹及残余应力水平进行预估和最大限度的减小,实现复合材料结构设计和制造的一体化,提高制件的成型质量。     

轻型飞机复合材料结构件工装的设计与制造

探讨了轻型飞机复合材料结构件制造工装的设计与制造技术;论述了传统工艺的利与弊;介绍了全金属结构工装制造的几种方法。     

简讯

探讨了轻型飞机复合材料结构件制造工装的设计与制造技术;论述了传统工艺的利与弊;介绍了全金属结构工装制造的几种方法。     

复合材料模具模块化、规范化、数字化快速设计研究

复合材料构件成型模具规范化敏捷设计技术是飞机数字化制造的关键技术之一。根据复合材料热压罐固化成型模具的特点,分析了模具的结构特征、设计规范以及参数化设计的可行性,提出了复合材料固化成型模具模块化和参数设计的算法,在CATIA环境下开发实现了完整的复合材料固化模具设计的功能,并进行了实例化验证,为复合材料构件模具设计提供了一个有效的方法。     

集成管理系统在飞机装配柔性工装上的应用

采用柔性工装对飞机零组件进行装配,会产生巨大的信息量,为提高飞机装配过程的信息管理的质量与效率,目前采用集成管理系统对飞机装配柔性工装进行控制与管理,来实现飞机装配过程的集成化。对集成管理系统在飞机装配柔性工装上的应用进行研究,首先对集成管理系统的构架、数据格式以及通信接口等进行概述;之后对柔性工装的数据传输与调形驱动过程进行分析,对飞机柔性装配技术体系进行总结;最后对集成管理系统在柔性工装上的应用现状进行研究。研究表明,集成管理系统可以提高柔性工装的装配效率与信息管理质量。     

基于局部主动轮廓模型的飞机壁板铆接孔定位方法研究

对飞机壁板铆接孔的定位方法进行了研究,提出了一种基于局部主动轮廓模型的铆接孔定位方法。首先通过基于灰度直方图的全局阈值分割和形心法进行铆接孔的粗定位;然后以粗定位坐标为圆心建立遍历圆,并以遍历圆作为限制条件构造能量圆,建立能量方程求解遍历圆内能量最小的像素点为铆接孔的精定位位置;最后进行视觉引导铆接孔定位试验,试验测得定位误差小于0.05mm,满足飞机壁板自动铆接的工艺要求,且比传统的区域主动轮廓模型定位精度高,具有一定的可行性。     

航空发动机研制中的技术验证机、工程验证机及原型机特点分析

为加强航空发动机产品的研制进程管控,通过分析技术验证机、工程验证机及原型机的技术特点,提出这 3 类样机是集中体现产品研制进程的载体,进而研究并建立各样机的研制过程模型,并且依托研制过程模型分析各样机的研制特点及研制成果。该项工作明确了各样机的工作内容及其实现途径,以及 3 类样机之间迭代演进、逐步实现产品开发的过程,对加强发动机产品研制过程管控、提高研制质量和效率具有重要意义。     

机器人磨抛氧化锆涂层工艺研究

使用搭建的机器人自动磨抛平台系统,针对氧化锆热障涂层磨抛工艺开展了研究,旨在通过机器人磨抛加工对涂层厚度及表面粗糙度进行合理控制,提高涂层表面质量。基于Preston理论建立了氧化锆涂层材料的去除模型;通过单因素试验研究了主要磨抛参数对材料去除深度的影响规律,基于正交试验确立了氧化锆涂层材料磨抛最优工艺参数组合和工艺步骤,对航空发动机喉道密封片氧化锆涂层进行了磨抛加工。试验结果表明,在一定范围内,材料去除深度随着磨抛压力及磨抛盘转速的增大而增大,随着进给速度的增大而减小;磨抛压力对材料去除深度的影响较大,磨抛倾角对去除深度的影响较小。机器人磨抛系统采用力控方式实现了定量均匀去除,涂层厚度和表面质量一致性良好,加工效率显著提高,同时也验证了本机器人自动磨抛系统的实用性和优越性。     

偏流板对发动机进口温升影响研究

为研究偏流板升起条件下发动机进口温升的变化,采用计算流体动力学的方法,计算了不同的发动机推力状态、偏流板板位角、偏流板与发动机距离对流场和发动机进口温升的影响。结果表明:在偏流板升起时,随着发动机推力状态的升高,发动机进口温升逐渐增大;随着板位角的增大,高温燃气沿甲板向发动机进口方向扩散范围越大,进口温升逐渐增大;在相同发动机推力状态和板位角时,增加偏流板与发动机距离可显著减小发动机进口温升。     

航空发动机制造工艺仿真技术体系探索

基于航空发动机仿真工作发展规划,从制造维度对仿真技术的应用需求进行了深入分析。提出了构建航空发动机制造工艺仿真技术体系的思路和建设原则,基于5个环节的应用需求提出了仿真技术体系的初步框架,并对当前需要加快突破的仿真关键技术进行了分析,推进航空发动机制造工艺仿真技术发展和规划的落地。     

GLARE层板低速冲击的实验与模拟

研究玻璃纤维增强铝合金层合板(glass fiber reinforced aluminum laminates,GLARE)在落锤低速冲击下的材料行为,建立ABAQUS有限元模型进行模拟并对其进行实验验证。针对纤维金属基体材料的特点,采用连续损伤模型(continuous damage model,CDM)分别给予落锤6.22 J、12.38 J和14.46 J的冲击能量,在ABAQUS中对模型设置相应的边界条件和载荷,得出落锤下落方向的速率-时间曲线和能量损耗曲线图。考虑金属层与复材层间黏结层的作用,采用凝聚层(cohesive)将金属层和复合材料层粘接。在仿真中观察层间的纤维和基体拉伸和压缩损伤状态及破坏情况,并与实验得出结果进行对比。结果显示:有限元仿真可以准确模拟落锤冲击之后GLARE板背面的裂纹和鼓包的实效情况以及基体和纤维的损伤情况,很好地预测复合材料内部的损伤情况。     

航空发动机制造仿真数据管理集成应用系统实现

基于航发集团工程数据中心协同、共享环境,结合航空发动机制造仿真业务特点和需求,构建了制造仿真数据管理集成应用系统,涵盖了制造仿真结果数据管理、仿真数据定义和管理、仿真资源库管理、数据协同等方面的业务功能,面向航空发动机制造仿真数据的统一管理、协同共享进行了有益的探索。     

压气机叶片安装板内侧面自动化磨抛加工

针对压气机叶片安装板的自动化磨抛加工,基于北航提出的自动化磨抛加工工艺开展了应用研究。结合叶片安装板区域复杂曲面或结构特点,通过对磨抛轮的粒度优选、磨抛过程的优化以及接触压力的调整,实现了磨抛精度及表面粗糙度符合设计要求的攻关目标。试验结果表明:磨抛后表面粗糙度Ra在0.4μm以下,去除量在0.03mm以内,实现了替代手工磨抛的目的。在磨抛效率上也实现了与多台数控铣的节拍匹配,在200件叶片试制过程中磨抛工艺系统稳定,拟将该技术广泛推广应用于压气机叶片的研制和生产中。     

适应弯扭隔肋的涡轮叶片转接段建模方法

针对涡轮冷却叶片弯扭冷却通道转接段的特点,提出了关联的转接段建模方法,通过曲线网格法生成工具片体裁剪叶身内型实体得到转接段,并以此为基础完成转接段建模,满足转接段与弯扭隔肋G1光滑转接的要求。详细分析了该方法的原理;提取了关键参数;利用UG(Unigraphics NX)二次开发平台开发了转接段的参数化建模模块,实现了适应弯扭隔肋的转接段建模。