飞机研制过程与制造技术

二 航空器制造技术特点
无损检测技术
• 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
二 航空器制造技术特点
先进焊接技术
• 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。
二 航空器制造技术特点
先进数控加工技术
• 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。
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，发动机推力比和翼载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。
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。
飞机制造技术
二 航空器制造技术特点
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 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。
• 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。
• 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。
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 。
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
一 航空器研制过程
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
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
超塑成形/扩散Байду номын сангаас接 技术（SPF/DB） 精密钣金成形技术
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。
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。
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 航空器制造技术特点
• 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。
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
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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
一 航空器研制过程
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。
二 航空器制造技术特点
先进机械连接技术
• 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
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 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。