飞机装配大开口结构保型架设计研究李斌骆迎昕孙万琪陆富斌

飞机装配大开口结构保型架设计研究李斌骆迎昕孙万琪陆富斌
发布时间：2023-06-22T08:42:33.942Z 来源：《中国科技信息》2023年7期作者：李斌骆迎昕孙万琪陆富斌[导读] 飞机装配中因工艺分离面的划分及生产节拍需求，装配过程各组部件会存在开口结构形式，开口的结构不但需要满足机体传载需要，更需要有足够的刚度以控制开口区域变形。

传统保型架设计主要基于经验保证产品的结构尺寸，未考虑保型架在产品转运过程中的产品状态监测，变形后无法通过理论分析进行补救，同时保型架也存在重量大，不易分解拆卸，刚度冗余大等特点，随着飞机批产需求，需
通过创新技术手段，充分利用可能的高效计算、智能感知、力-位移平衡调整工装、动态调整算法等技术，设计更合理实用的保型架。

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摘要：飞机装配中因工艺分离面的划分及生产节拍需求，装配过程各组部件会存在开口结构形式，开口的结构不但需要满足机体传载需要，更需要有足够的刚度以控制开口区域变形。

传统保型架设计主要基于经验保证产品的结构尺寸，未考虑保型架在产品转运过程中的产品状态监测，变形后无法通过理论分析进行补救，同时保型架也存在重量大，不易分解拆卸，刚度冗余大等特点，随着飞机批产需求，需通过创新技术手段，充分利用可能的高效计算、智能感知、力-位移平衡调整工装、动态调整算法等技术，设计更合理实用的保型架。

关键词：大开口；保型架；调整工装
1引言
传统飞机结构上需布置各种开口，不同机体结构存在不同形式的开口加强，开口的结构不但需要满足机体传载需要，更需要有足够的刚度以控制开口区域变形。

但相较于隐身飞机而言，开口的形式及对于开口的控制方式直接影响隐身飞机的技术需求。

现有型号大部分较大开口位置均有保形工装，以大运飞机为例，机身三段对接以及翼身对接开口均有保形工装，但保形工装的使用均不太便利，工装结构形势复杂，占据大量空间，影响飞机正常装配操作，部分时候还得拆除保形才能进一步操作。

且大部分保形拆除后都会出现产品反弹变形情况，这与飞机装配应力及保形方式有很大关系。

相较于传统飞机而言，隐形飞机开口的形式及对于开口的控制方式直接影响隐身飞机的设计制造技术需求，显然传统飞机的保型方式不能满足要求。

2 主要问题
大开口结构在不均匀的应力作用下属于典型的易失稳易变形结构，变形状态控制也比较困难；大开口结构在调姿、定位及转站运输变形控制难度极大，。

主要问题有以下：
（1）大开口变形控制主要通过调整定位基准、定位方式以及设置固定式的保型装置确保产品开口部位或重要交点处于相对准确的位置。

目前缺少对产品本身装配过程的装配应力的分析和监控。

（2）针对变形往往是被动的补偿，通常是装配完成后进入下一个装配环节时进行的诸如增加夹紧力、工艺加垫等操作，质量风险大。

（3）保型装置是刚性工装，无法根据装配应力状态进行适当调整，保型工装仅仅考虑自身刚度性能，设计的结构较为复杂，拆卸不方便，给实际装配操作带来一系列其他影响。

3 解决策略：
为实现大开口舱体结构变形计算与控制，开展多源状态下结构装配变形分析与工艺优化，研究多物理场耦合作用下结构变形分析与控制技术，探究装配及运输过程中实时监测与反馈引导的变形补偿控制，制定保型架设计流程如图1所示。

图1 保型架设计流程
根据大开口舱体结构装配阶段的工艺流程，分析受载状态，建立装配仿真分析模型，研究多约束状态下大开口结构的装配变形，针对装配过程引起的偏差，分析变形产生机理，进行结构容差协同分配控制，根据仿真分析结果优化装配仿真工艺方案。

基于仿真结果，研究装配变形与装配应力的相互关系，构建位移-应力关系模型，依据公差要求、仿真所得极限许用应力、仿真大变形危险区域，确定力、应变、激光传感器分布以及传感器与结构及工艺装备的结合方式，确保传感器可以全面准确地实现变形监测与反馈，确定传感器的位置分布，通过数据采集及分析完成闭环监测与反馈引导系统的构建，实时反馈到对应自动化工艺装备及工艺人员，通过对工艺装备进行调整补偿实现复杂结构力-位移均衡化控制，进行动态变形补偿控制。

利用有限元软件对优化后的工装结构进行静强度分析，应用拓扑优化技术对保型工装结构进行优化改进，并在保证结构强度和刚度的前提下，进一步降低工装结构的整体重量。

4 结论
总体研究思路上须通过创新技术手段，以大开口舱体结构变形计算和控制为主要研究目标，以智能化和实时化为指导策略，充分利用可能的高效计算、数字孪生、智能感知、力-位移平衡调整工装、动态调整算法等技术；设计科学的技术路线，通过理论分析、数学建模、仿真计算、实验研究等综合技术途径相结合；针对较多的新技术新方法，搭建新技术验证环境，通过前置的综合试验和数据分析，指导生产现场的试验和装配过程，形成技术方法验证+工艺方法验证的优化组合；最后，还要必须充分考虑实验结果的有效性，能够对型号定型生产的提供有效和持续的支撑。

参考文献：
[1]马光浩基于流程规划的飞机装配型架设计导航技术研究与实现南京航空航天大学，【网络出版年期】2011年 S。