第8章 航空器研制过程与制造技术

胶接结构 制造技术
全金属胶接结构 制造技术
蜂窝夹层胶接 结构技术
金属复合层板 胶接技术
二
航空器制造技术特点
精密钣金成形技术
先进飞机钣金壁板的明显特点是蒙皮厚、筋条高、结构 网格化、整体集成度大、结构刚度大和难以成形。第三 代飞机和大型飞机气动外形要求严、寿命要求长，钣金 件不许敲击成形，大都采用精密成形技术。 在浅筋条小曲率壁板的研制生产中，采用先进的喷丸成 形技术。波音的数控喷丸系统，不仅可控制成形参数， 而且可预测和控制喷丸强化与抛光工序对壁板外形的影 响，并研发了叶轮式数控抛丸设备。 在高筋网格式整体壁板研制生产中，开发压弯与喷丸复 合成形技术，发展了带自适应系统的数控压弯机。 在成形设备方面，除扩大规格外，弯管、旋压、滚弯、 拉形、橡皮囊液压成形、喷丸及压弯设备等均已普遍实 现计算机控制，并实现了位移、载荷控制的精密化。
航空器制造技术特点
数字化网络协同研制环境，是大飞机制造的发展 平台，应用数字化技术，可以使飞机研制总装的 周期大大缩短。数字化飞机制造过程的实质是一 个产品数字建模、数据传递、拓延和加工处理的 过程，最终形成的飞机产品尤其是大飞机，可以 看作是数据的物质表现。美国波音公司首先实现 以无纸作业的数字化样机为手段，开发了新一代 先进的波音777客机，使其提前一年投入市场。 洛克希德· 马丁公司在新一代联合战斗机JSF研制 中，广泛应用数字化技术，使飞机总装一次完成， 制造成本降低50%，研制周期从原来的42个月 缩短至24个月。
二
航空器源自文库造技术特点
航空器制造涉及多个学科，包括空气动力 学、材料学、航空电子学等；飞机整体结构制 造技术有:高效数控加工、大型壁板的形成技术 和大型壁板精确加工技术。集成的整体结构、 复材构件和数字化技术，构筑了新一代飞机先 进制造技术的主体框架。
高性能航空发动机技 术
无损检测技术
航空器制造技术特点
二
航空器制造技术特点
树脂基复合材料构件技术
复合材料构件成形技术是制造大飞机的关键。复 合材料是一种由高强度、高刚度增强材料铺设在 基体中构成的新型材料，具有高比强度、高比模 量、良好的抗疲劳性、隐身性好、抗腐蚀性等一 系列优点。在飞机上采用复合材料意味着可以明 显减轻飞机的结构重量，提高飞机的性能。欧洲 空中客车公司的超大型客机A380，碳纤维复合 材料的用量占结构总重的15%。复合材料在美 国B787飞机上的用量达50%，机身和机翼部 位都采用碳层合板代替铝合金，机体蒙皮结构几 乎全是复合材料。
一 航空器研制过程
1.拟订技术 要求
由飞机设计单 位和订货单位 协商后共同拟 订出新飞机的 战术技术要求 或使用技术要 求 设计单位必 须保证新飞 机能达到这 些技术要求 ，订货单位 则根据这些 要求来验收 新飞机
技术要求确 定了飞机的 主要性能指 标、主要使 用条件和机 载设备等
飞机的技术要求是飞机设计的基本依据
二
航空器制造技术特点
数字化的设计制造和管理技术
数字样机作为制造依据，基本上实现了精确设计， 极大限度减少了工程更改，节省了大量工装模具 和生产准备时间。飞机是通过数字化模型来表达 的，各阶段可共享模型数据，因此在产品设计同 时，可进行CAE分析计算、工装设计、工艺设计、 可制造性分析，并进行数字化传递，为并行工程 创造了条件。数字化设计制造技术完全改变了原 来的设计制造方法，包括标准、规范和技术体系， 所以它是体系性和全局性的技术，使传统的飞机 设计制造技术发生了革命性的变化。
二
航空器制造技术特点
飞机装配是整个飞机制造过程的龙头，飞机装配 技术是中国飞机制造过程中最薄弱的环节，这项 复杂的系统工程，涉及飞机设计、工艺计划、零 件生产、部件装配和全机对接总装的全部过程， 有4个关键技术:简易型架装配技术、自动化铆接 技术、先进定位装配技术和装配过程的数字化仿 真技术。
二
完成后装上全部设 备、系统和发动机
由飞机工厂首批(一 般称“0”批，生产2 ～4架)试制出来的 新飞机投入全机强 度、疲劳和损伤容 限的验证试验和试 飞
一 航空器研制过程 3.飞机制造过程
• 目前，随着计算机技术的迅猛发展，设计单位中 大部分设计工作借助计算机辅助设计系统(CAD) 来完成，包括分析、计算、构形设计，并可直接 用计算机绘图、发图。已发展到CAD／CAM一体 化，采用无图设计，只需在制造时把已储存在计 算机里的全部数据传递给计算机辅助制造系统 (CAM)，使整个飞机的设计和制造过程达到高度 的集成化。
二
无损检测技术
航空器制造技术特点
无损检测为产品提供内部质量信息，既可作为产 品评价的依据，也为工艺分析提供参考信息。西 方国家非常重视无损检测技术研究，并开发了许 多先进的无损检测设备。
二
航空器制造技术特点
激光超声 技术
无损检测技术 超声检测技术
射线检测技术
二
航空器制造技术特点
高性能航空发动机技术
一 航空器研制过程
4.飞机的试飞、定型过程 •通过试飞全面检验飞机能否确保安全，性能 是否满足技术要求。
•把设计、制造中和试飞中出现的各种问题， 通过更改设计或改进制造方法等全部排除。 •最后将飞机定型投入小批量生产。
一 航空器研制过程
4.飞机的试飞、定型过程 • 在新飞机的研制过程中，往往须进行相当数量的 科学研究和试验。 • 为选择满意的外形须做大量的风洞试验； • 对用新材料(如复合材料)制作的结构性能进行某 些专题研究和试验； • 对某些关键的结构件或结构设计方案进行必要的 疲劳或损伤容限的设计研制试验，为详细设计提 供数据或进行早期验证等。
高性能航空发动机制造技术呈现以下发展趋势： （1）轻量化、整体化、新型冷却结构制造技术 向低成本、高效率方向发展； （2）新材料构件制造技术出现较大突破； （3）新工艺技术成为现代航空发动机发展的重 大关键制造技术，并得到广泛应用； （4）在传统制造技术基础上发展起来的先进制 造技术已成为支撑现代制造业的骨架和核心，以 信息化带动传统制造业，企业信息化工程得到长 足发展。
树脂基复合材料具有高的比强度、比模量、抗疲劳、耐 腐蚀、成形工艺性好以及可设计性强等特点，现已成为 飞机结构中与铝合金、钛合金和钢并驾齐驱的四大结构 材料之一。国外干线客机用量约15％，其应用水平成为 飞机先进性的一个重要标志。 为满足飞机上扩大复合材料应用的需求，飞机制造商在 不断地完善复合材料层压板真空袋－热压罐制造技术， 并不断地开发高性能低成本的复合材料制造技术，如： 纤维缝合技术、树脂转移模塑成形技术（RTM）、树脂 膜渗透成形技术（RFI）、真空辅助树脂渗透成形技术 （VARI）、纤维铺放技术、电子束固化技术及膜片成形 技术等。
一 航空器研制过程 结构设计
在总体设计基础上，进行飞机各部件结构的初步 设计(或称结构打样设计)； 对全机结构进行强度计算； 完成零构件的详细设计和细节设计，完成结构的 全部零构件图纸和部件、组件安装图。
一 航空器研制过程 3.飞机制造过程
装设备、发动机 试制
试验、试飞
飞机制造工厂根据 飞机设计单位提供 的设计图纸和技术 资料进行试制。
二
先进数控加工技术
航空器制造技术特点
西方工业发达国家飞机制造业应用数控技术始于60年代。 近50年的数控技术发展中，发达国家飞机制造业中数控 技术发展现状和应用水平主要体现在以下几个方面：基 本实现机加数控化、广泛采用CAD/CAPP/CAM系统 和DNC技术，达到数控加工高效率，建立了柔性生产线 和发展了高速切削加工技术。发达国家飞机制造公司数 控技术应用水平高。表现在：不仅数控设备利用率高 （一般达80％），主轴利用率高（95％），且加工效率 极高，加工周期短，劳动生产率是我国的20～40倍。大 型机翼整体加工件加工效率约50kg/h。
二
航空器制造技术特点
胶接结构制造技术
胶接技术可用于连接不同材料、不同厚度、二层 或多层结构。胶接结构重量轻，密封性能好，抗 声振和颤振的性能突出。胶层能阻止裂纹的扩展， 具有优异的疲劳性能，此外胶接结构制造成本和 维修成本低。胶接、蜂窝胶接结构及金属层板结 构在大型飞机上的应用前途宽广。
二
航空器制造技术特点
二
航空器制造技术特点
超塑成形/扩散连接技术（SPF/DB）
超塑成形的研究始于60年代，当时IBM用 Zn22Al合金材料以两种方式（钣金成形和体积 成形）来成形计算机部件，并在1965年4月申 请了有关超塑成形的专利。 SPF，SPF/DB构件研制中的结构形式从单层 SPF构件到SPF/DB双层板、三层板、四层板 等，层数越来越多，构件尺寸越来越大，形状越 来越复杂。
超塑成形/扩散连接 技术（SPF/DB）
精密钣金成形技术
飞机制造技术
胶接结构制造技术
树脂基复合材料构件 技术 先进机械连接技术
二
先进焊接技术 先进数控加工技术
数字化的设计制造和 管理技术
二
航空器制造技术特点
数字化的设计制造和管理技术
长期以来，飞机设计制造一直遵循着传统的二维 设计、模线样板、标准样件方法，这种模拟量传 递路线长，误差大，生产准备周期长，使用保管 不方便，更改费时费工，成本高，弊端很大。数 字化设计制造技术则完全改变了上述工作方法， 它借助于计算机网络技术，采用三维数字化定义， 把飞机的结构和零件全部用三维实体描述出来， 并且把各种技术要求、设计说明、材料公差等非 几何信息以及各结构之间的相对位置表示清楚。 在此基础上进行虚拟装配，检查零部件之间是否 发生干涉以及它们之间的间隙，排除某些设计的 不合理性，最终形成数字样机。
二
先进机械连接技术
航空器制造技术特点
发达国家的飞机连接装配已由单台数控自动钻铆 机的配置向由多台数控自动钻铆机、托架系统配 置或由自动钻铆设备和带视觉系统的机器人、大 型龙门机器人、专用柔性工艺装备及坐标测量机 等多种设备、不同配置组成的柔性自动装配系统 发展。
二
航空器制造技术特点
树脂基复合材料构件技术
二
航空器制造技术特点
飞机制造技术正沿着生产工艺依赖经验型向工艺 模拟、仿真、实时监控、智能化制造方向发展； 零件加工成形连接技术向增量成形、高速切削、 高能束加工、精密成形等低应力、小变形、长寿 命结构制造方向发展；从单个零件制造，向整体 结构制造技术及近无余量制造技术发展；飞机制 造技术从手工劳动、半机械化、机械化向数控化、 柔性化、自动化技术方向发展；从一般铝合金结 构向钛合金为代表的高性能轻合金结构、复合材 料结构制造技术方向发展；向材料制备与构件成 形同时制造发展；制造技术向信息化、数字化及 设计、制造一体化方向发展。
航空航天技术博览
第八章 航空器研制过程与制造技术
第八章 航空器研制过程与制造技术
一
航空器研制过程
二
航空器制造技术特点
一 航空器研制过程
航空器研制过程
一种新飞机的投入使用，须经过下述四个阶段
飞机的试飞、定型 4．飞机的试飞、定型 飞机制造过程 3．飞机制造过程 飞机设计过程
2．飞机设计过程
拟订技术要求 1．拟订技术要求
二
先进焊接技术
航空器制造技术特点
焊接技术发展日新月异，焊接新技术不断拥现，在现代 飞机制造中焊接技术的应用越来越多，例如以电子束焊 接为代表的高能束流焊接技术工程应用日趋成熟，以其 优质的接头性能、较小的焊接变形等特点而逐渐成为飞 机某些重要构件焊接的主要方法。又如近年发展起来的 搅拌摩擦焊技术，以其低于熔点塑性的连接特点，接头 力学性能接近母材，能实现一般焊接方法无法焊接的高 强铝合金焊接，将会给飞机铝合金结构件（如壁板、蒙 皮、梁、桁等）的加工带来革命性的变化。俄罗斯和西 方发达国家焊接技术发展迅速，在许多飞机型号上得到 了较普遍的应用，焊接技术已成为先进飞机研制不可缺 少的支撑技术。
一 航空器研制过程
2.飞机设计 过程
总体设计
结构设计
一 航空器研制过程 总体设计
确定全机主要参数，即全机重量G，发动机推力 户和翼载G／S(S为机翼面积)； 确定飞机的基本外形，如机翼、尾翼平面形状、 大致尺寸和气动布局； 选择发动机； 飞行性能的初步估算。如满足要求，则画出飞机 的三面图； 进行飞机的部位安排； 确定结构型式和主要受力构件布置，并给出飞机 各部件的重量控制指标。