发动机装配检测一体化系统设计与关键工艺

介绍了发动机装配检测一体化系统的整体架构与设计。开发了作为系统核心部件的气体静压轴承的工艺新方法,利用大型数控光学加工机床,得到光学级气浮工作面,实现高精度气浮转台制造。以此为基础,研制具有高精度、高可靠性、高易用性、可定制特性的发动机装配检测一体化系统,突破国产航空发动机装配工艺及其装备制造技术瓶颈。针对压气机转子开展装配试验,将多级装配体的累积径向跳动误差降低46%,累积同轴度误差降低30%,验证了装配系统与装配工艺的有效性。     

永磁同步电机全域温度场分析与水道优化设计

以额定功率为60 kW永磁同步电机(PMSM)为研究对象,采用气隙等效导热系数处理定转子间的热交换问题。给出散下线定子绕组的等效热模型。在进行绕组铜耗计算时考虑温升对定子绕组阻值的影响,试验测定壳体与定子铁心间因装配间隙而产生的热阻值。在此基础上建立PMSM三维全域瞬态温度场有限元模型,计算电机在峰值转速运行时的温度场变化,并进行试验验证。对水道宽度比、水道数和翅片进行优化计算,找出最优解。结果表明,水道优化后电机最高温度下降9.8 ℃,对电机水道结构设计具有一定的指导意义。     

某型弹用涡扇发动机振动故障建模与分析

针对某型弹用涡扇发动机振动超标问题,建立了1维有限元梁模型进行仿真与模拟,并结合实际试车数据进行了故障分析和仿真。结果表明:压气机前、后支承刚度对系统第2阶临界转速有很大影响,不合适的支承刚度使系统在工作转速范围内出现第2阶临界转速,从而导致整机振动超标。因此,降低该故障的途径是有效控制支承装配精度。     

燃气轮机快速并车过程冲击及响应特性试验研究

为研究燃机快速并车过程中的冲击及响应特性,搭建并车试验台架,采用试验方法对并车参数和轴系部位对轴系动态响应幅值的影响开展研究。经过试验发现：快速并车过程中SSS离合器(同步自动换挡离合器)啮合瞬间会产生扭矩冲击,轴系因此产生明显的扭矩响应,并且相同的并车参数下扭矩响应的幅值会在一定范围内波动;降低并入机的设定扭矩或延长加载时间均可明显降低扭矩冲击和响应幅值;扭矩冲击对轴系不同部位产生的响应也不同,越靠近SSS离合器的位置,扭矩响应越大,且经过减速齿轮后响应明显降低。结果表明：所搭建的试验台架能够反映燃机快速并车过程中的冲击及响应特性,可为燃燃联合动力装置并车策略和安全性设计提供参考。     

基于UG、3DVIA的航空发动机外部管路装配工艺可视化设计

为了解决发动机外部管路装配工艺设计难度大、周期长、装配工艺规程直观性差等问题,提出了利用UG、3DVIA软件进行发动机外部管路装配工艺可视化设计的方法。介绍了发动机外部管路装配工艺可视化设计的总体流程及实现方法,包括工艺模型建模、装配工艺可视化设计和装配工艺可视化输出。并针对发动机外部管路装配过程中的非常规分解、因管路结构设计变化而带来的工艺更改、管路装配应力等问题,利用可视化工艺设计方法提出了相应解决措施。应用结果表明:该方法大幅度提高了管路装配工艺设计质量与效率,形成的装配动画及3维图解能够直观地指导现场装配。     

集成化虚拟装配系统体系结构研究

针对虚拟装配系统中的信息孤岛问题,提出了与CAD系统集成的虚拟装配系统体系结构。通过信息双向传递的VA-CADPIM模型实现虚拟装配系统与CAD系统的设计集成;采用虚拟手和鼠标、键盘的混合交互模式使设计者在沉浸式虚拟环境与非沉浸式CAD环境中相互切换,充分发挥沉浸式与非沉浸式环境的优势;通过分析系统信息流、运行原理及工作流程描述了系统的集成工作过程。基于CATIA V5及其二次开发环境,Immersion Virtual Hand SDK和组件技术实现了虚拟装配原型系统IVADS。通过某飞机的实例验证,表明该体系结构能够实现虚拟装配系统和CAD系统的无缝集成,具有较好的可扩展性和易移植性。     

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.     

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。     

涡轮后机匣的结构动力学精确建模

构建精度高、规模适中的部件动力学模型,是航空发动机在研制初期实现从结构部件到整机的动力学特性准确分析的有效途径。为构建满足工程需求的部件结构动力学模型,依据某装配组合式涡轮后机匣的结构特点,提出了其各构件的“超模型”建模及装配组合形式的连接件分类建模的方法,实现装配组合式涡轮后机匣的整体“超模型”建模。同时,进一步介绍了各构件的“超模型”建模步骤、基于有限元单元网格尺寸变化的收敛准则,建立了自由度490万的后机匣构件“超模型”“,超模型”构件的频差精度可达1%以内;利用薄层建模法模拟多螺栓连接结构、采用接触对模拟支板搭接处的接触连接。装配组合后的涡轮后机匣“超模型”通过动力学分析,结果表明后机匣前8阶为整体振动模态。整体“超模型”的建立,可以代替研制样机提供虚拟试验数据,实现简化模型的修正和确认,为研制初期的结构动力学特性精确分析提供技术支撑。可推广应用到发动机其他部件及整机的精确建模中。     

小波降噪与快速包络谱峭度相结合的轴承组件故障诊断技术

作为飞轮重要的旋转支撑部件,轴承组件的性能对飞轮寿命有着重大影响,因此如何在早期对轴承组件进行筛选显得尤为重要。轴承组件在故障初期,其故障特征比较微弱,故障信号很容易淹没在背景噪声信号中,给轴承组件的早期故障判断和定位带来了很大的困难。本文以飞轮常用轴承组件为研究对象,基于快速包络谱峭度的振动测试方法,先通过对采集的轴承组件振动信号进行小波降噪,提高特征信号的信噪比,然后对振动信号进行全频段的峭度分析,可以对轴承组件进行早期的故障诊断并进行故障定位,得到轴承组件故障频率,为后续轴承组件故障诊断研究提供方法手段。