基于MBSE的飞机大部件智能装配能力建设方法

飞机大部件智能装配能力建设涉及领域多、范围广,多学科、多专业交叉融合特点显著,是一项复杂的系统工程。近年来,飞机智能装配能力建设已实现相当程度的单点技术突破与应用,但并未达到全局最优,亟需采用科学的方法对智能装配体系能力建设进行整体规划与全局优化。提出采用基于模型的系统工程(Model-Based Systems Engineering,MBSE),科学开展飞机大部件智能装配体系能力建设的方法研究,逐级明确、细化智能装配能力建设需求与技术方案,构建相对应的数字模型并采用仿真技术进行不断验证、迭代优化,最终实现智能装配能力效能的最大化。     

大型飞机研制中的若干数字化智能装配技术

大型飞机的研制是国家提高自主创新能力的战略重点.为了提高大飞机装配质量与生产效率,采用数字化智能装配技术是必然的发展趋势.本文介绍了飞机智能化装配的系统框架与其技术体系架构,阐述了目前大型飞机装配所面临的难题,并指出虚拟现实仿真优化技术、专用智能装配工艺装备的开发,以及飞机总装智能装配生产线技术是智能装配技术的热点与发展方向,并分别进行了介绍,并阐述了国内外应用发展现状,最后指出了国内现有智能装配技术的不足与差距.     

飞机装配智能制造体系构建及关键技术

飞机装配智能制造是将物联网、大数据、云计算、人工智能等技术引入到飞机装配的设计、生产、管理和服务中。建立飞机智能装配体系,将有效提升飞机装配系统的的自感知、自诊断、自优化、自决策和自执行能力。飞机智能装配技术的应用,对打造高度智能化、柔性化的飞机智能装配车间,建立航空智能制造工厂,全面提升航空制造业的整体水平具有重要的意义。     

飞机大部件对接测量方案的研究与应用

自从飞机开展数字化设计后,大大提高了飞机装配精度和质量,同时对装配过程的测量也提出了新的要求,因此,只有通过高效的测量手段和方案才能满足飞机装配精度。以大型灭火/水上救援水陆两栖飞机——AG600的三大部件对接为研究对象,基于测量体系的建立和激光跟踪仪测量转站技术,研究飞机大部件调姿的测量技术。该飞机大部件调姿的测量是利用激光跟踪仪对部件上的多个基准点进行测量,通过柔性装配工装实现飞机的姿态调整,进而达到飞机安装要求的测量调姿过程,对于传统测量方法,采用激光跟踪仪进行转站测量的方法,不失为最简单有效的大飞机部件对接测量方法。     

智能制造技术在飞机部件数字化装配中的应用

介绍了目前飞机部件数字化装配过程中智能制造技术的应用情况,分析了飞机数字化装配装备所具有的智能特性,梳理出了具有复用功能的关键智能部件,并且对关键智能部件的基本实现方案进行了论述。     

面向飞机装配精准定位的状态感知技术

状态感知、实时分析、自主决策、精准执行是航空智能制造的特征。总结影响飞机部件装配单元定位精度的多种因素,并结合感知技术发展,深入分析部件装配单元的可感知因素及其获取方式,确定了部件装配单元可感知的关键要素:装配现场温度、定位器所受载荷、定位器位移、产品位姿。结合飞机机翼装配单元,设计感知信息获取方式。通过模糊优选方法,构建传感器型号优选模型,完成部件装配单元传感器选型。通过传感器测量偏差平均化的方法,构建多种类、多数量的传感器布局模型,确定部件装配单元传感器的数目与位置,完成了传感器布局设计。基于多传感器信息融合方法,设计多传感器信息融合模型,对感知的多源异构信息进行融合处理,并通过构建状态感知模型,实现对部件装配单元定位状态的直观表达。     

面向飞机装配精准定位的状态感知技术

状态感知、实时分析、自主决策、精准执行是航空智能制造的特征。总结影响飞机部件装配单元定位精度的多种因素,并结合感知技术发展,深入分析部件装配单元的可感知因素及其获取方式,确定了部件装配单元可感知的关键要素:装配现场温度、定位器所受载荷、定位器位移、产品位姿。结合飞机机翼装配单元,设计感知信息获取方式。通过模糊优选方法,构建传感器型号优选模型,完成部件装配单元传感器选型。通过传感器测量偏差平均化的方法,构建多种类、多数量的传感器布局模型,确定部件装配单元传感器的数目与位置,完成了传感器布局设计。基于多传感器信息融合方法,设计多传感器信息融合模型,对感知的多源异构信息进行融合处理,并通过构建状态感知模型,实现对部件装配单元定位状态的直观表达。     

涡扇发动机先进装配工艺与装备

针对涡扇发动机装配技术的发展趋势和应用特点,对整机装配、智能拧紧、装配检测3方面先进工艺进行分析总结。涡扇发动机采用脉动装配线和多自由度装配平台进行整机装配,大幅度提高生产效率;智能拧紧设备能够实现对发动机连接件的定力矩、定转角精确控制及监控,改善关键转子部件连接的均匀性、稳定性和可靠性;转子堆叠优化技术实现对装配位置的预测和同心度优化,电子塞尺可消除不同操作者带来的测量误差。发动机数字化装配将不断引入各种高效先进的自动化智能设备,自动化、智能化、数字化是未来涡扇发动机装配工艺与装备的发展方向。     

民用飞机大部件数字化对接关键技术

飞机大部件对接装配的数字化和自动化可以有效降低部件对接误差,提高飞机大部件对接装配精度和效率,是飞机大部件装配的发展趋势.今后其发展重点是需要开展面向飞机装配的设计技术的研究,主要在设计对接形式时要充分考虑自动对接装配的要求,特别是测量点的布置;其次是要实现大部件自动对接系统的装备化、标准化、模块化和系列化设计,以便推广应用.     

飞机大部件数字化自动对接装配技术研究

传统飞机大部件对接装配多采用刚性工装对接,该技术精度低、可靠性差、误差补偿难。针对这一问题,介绍飞机大部件数字化对接系统的功能和组成,分析数字化对接系统的四个关键技术。从测量场的构建、对接系统初始位置的标定、对接路径的规划、测量误差的补偿四个方面对某型飞机外翼与中央翼的对接进行研究,实现对接系统的调姿和误差测量与控制,完成外翼与中央翼的精确对接。应用结果表明：采用数字化自动对接装配技术,可有效降低对接误差,提高对接装配的精度和效率。     

Automatic Light Control Electro-Optical CCDTV Systems

For electro-optical TV systems, a simplified method of analysis has been developed for an automatic light control (ALC) loop preliminary ary design and performance trade-offs. With iris and shutter control mechanization incorporated, not only does the input light range increase, but the video response overshoot and settling time are reduced as well. This study shows that the appealing notion of heavily damped response is not often true, particularly in the realtime ime airto-ground surveillance of targets with varying backgrounds. In addition, with exponential and geometric feedback functions introduced, the resultant ALC dynamics are independent of the input light level. To verify the assumptions made and to demonstrate the feasibility of a working model, a complete system simulation is performed.     

A step deformation method for superplasticity improvement of coarse-grained Ti–15V–3Cr-3Sn-3Al

Ti–15V–3Cr–3Sn–3Al(Ti–15–3), a kind of metastable beta titanium which has high specific strength and good cold-formability, is highlighted for applications in the aerospace manufacture industry. However, the technique for improving its formability at elevated temperatures is still a challenge at present. In this work, a step deformation method is proposed for superplasticity improvement of coarse grained Ti–15–3 plates at temperatures around its beta transus. The effects of the strain rate and the strain at the first stage on the superplasticity are investigated. The results show an increase of the strain rate sensitivity and a decrease of the flow stress under the step deformation mode compared to those obtained under constant strain rates at 780℃. The maximum strain to failure obtained in the step mode is 93% higher than that deformed in the constant strain rate mode. Strain rates, strains at the first stage, and temperatures have influences on the superplasticity improvement. The deformation mechanism is concluded as subgrain formation accommodated by grain boundary sliding rate-controlled by dislocation climb. The improved m value in the step deformation is accounted to the extra dislocation density produced during the strain rate reduction.     

燃气透平叶型气动与传热的优化设计

建立了一个透平叶型气动与传热优化的两步模型.第1步采用解析多项式曲线构造叶片的参数化造型,基于CFD数值模拟,通过正交设计和敏感性分析,优选几何设计参数.第2步采用贝塞尔(Bezier)曲线参数化叶型型线,以总压损失和表面热流加权函数为优化目标,调整叶型型线,获得了气动性能与热负荷较优的叶型.设计案例的结果表明:增加安装角可以降低叶片压力面热负荷;增大叶片前缘直径可以降低前缘滞止点热负荷.调整叶型的表面曲率分布,有可能推迟吸力面的转捩,弱化叶片表面的传热.两步优化法计算量小,收敛性好,具有工程应用价值.      

一种卫星导航模拟器置信度评估方案及应用

置信度评估能够为卫星导航模拟器的研制与改进提供依据。提出了一种基于对数最小二乘的模糊层次分析法和相似度法相结合的置信度评估方案。该方案利用基于对数最小二乘的模糊层次分析法将卫星导航模拟器系统分解为若干子系统或模型,并利用相似度法计算各个子系统或模型的置信度,同时使用模糊层次分析法计算各子系统或模型的权重向量,而后再逐级综合得到模拟器系统的总置信度。该方案能够将复杂系统逐层细化,且求解的子系统或模型的权重向量与置信度较为客观真实,具有重要的工程参考价值。     

基于截尾概率-非概率混合模型的可靠性优化算法

针对工程中截尾概率变量与非概率变量同时存在的情况,给出一种新的截尾概率与非概率混合可靠性模型。在该混合可靠性模型基础上,按照可靠性指标(RIA)法给出双层嵌套可靠性优化模型,并采用改进搜索策略后的ST-Powell优化算法在外层搜索设计变量的最优值,内层采用能保证收敛的改进的有限步长迭代法求解混合可靠性指标。数值算例表明,改进搜索策略后的ST-Powell优化算法的全局寻优性得到显著提升;改进搜索策略后的ST-Powell优化算法与改进的有限步长迭代法相结合求解双层嵌套混合可靠性优化模型的正确性得到验证,且对于非线性程度较高的极限状态函数同样能够得到满足截尾概率与非概率混合可靠性模型指标要求的最优解,并对工程结构算例具有很好的适应性。     

Extension of continuous scanning laser Doppler vibrometry measurement for complex structures with curved surfaces

The continuous Scanning Laser Doppler Vibrometry (SLDV) developed on the base of the galvanometer scanner system has made it possible to quickly obtain the full field vibration responses within a rectangular area of the structure. In this paper, an arbitrary continuous scanning path generating method for Continuous Scanning Laser Doppler Vibometry (CSLDV) is further put forward in order to allow the CSLDV suitable for testing structures featured by complex shapes not just for regular areas. In the first step, the relationship between position of laser spot and the driving voltages of galvanometer scanner system has been described by a mathematical modeling. Then, a novel arbitrary scanning path generating strategy based on CSLDV is presented by deforming a normalization rectangular scanning path to an arbitrary continuous scanning path. The mapping relation between the normalization rectangular scanning path and arbitrary continuous scanning path is established using the reference points. In the second step, a compressor blade with curved surface was taken as an example for modal test using the proposed method. At the same time, a validated experiment was performed in SLDV. The results show the mode shapes derived from the extended CSLDV are in agreement with those from SLDV and the Modal Assurance Criterion (MAC) between the two are all greater than 0.96. They also demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed method for CSLDV test and show strong potential on further practical engineering applications.     

燃油最省的四维导引算法

 本文提出了一种燃油最省的四维导引算法,可用于在线性计算同时满足燃油最省及到达时间两个条件的最优飞行轨迹。数字仿真结果表明,该算法速度快、精度高,具有工程实用价值。本文所做的工作是为机载四维飞行管理系统实现的必要准备。     

超声速翼型气动优化设计

首先分析了几何外形和相对厚度对超声速翼型气动特性的影响。基于遗传算法(GA)和气动力快速工程算法,对于相对厚度为3.5%的多边形翼型进行优化设计,多边形翼型的优化外形趋于四边形,最大厚度点后移到翼型弦线的60%左右,随着迎角或者马赫数增大下翼面会变薄,上翼面变厚,最大厚度点相应稍有后移。对于相对厚度为4%的双圆弧翼型,采用两步优化设计方法,第1步优化结合基于B样条的类别形状函数变换(CST)参数化方法与小波分解方法,实现几何外形的局部控制与光顺处理,并且采用本征正交分解(POD)代理模型降低优化过程中流场计算的工作量;第2步优化采用基于Navier-Stokes方程的最速下降法(SDA),修正第1步优化中代理模型和小波光顺引入的误差;优化设计得到的翼型近似为四边形,其相对厚度最大点后移到翼型弦线的60%~65%处,升阻比可以提高7%。     

连续变迎角测力试验技术在大型暂冲式跨声速风洞中的应用

由于暂冲式高速风洞运行时间短暂,普遍采用阶梯变迎角方式进行静态测力试验,其试验信息量难以满足先进飞行器研制的试验需求。为在暂冲式高速风洞中获得更为详尽的气动力信息,在2．4m跨声速风洞中进行了连续变迎角测力试验技术应用研究。主要介绍了该项试验技术的基本特点,给出了J7标模的主要试验结果。结果表明,该项试验技术获得的气动力数据与常规阶梯方式具有很好的一致性,可以满足工程实用的要求。