现代飞机制造技术以及未来飞机制造技术的发展趋势汇总

现代飞机制造技术以及未来飞机制造技术的发展趋势

一、飞机制造技术概论

1、飞机制造技术概论

飞机制造技术所涉及的领域包括装配、铸造、锻造、成形、机械加工、特种加工、焊接、热处理和表面处理、工艺检测等方面，它是随着一个国家的科学与技术的进步而不断发展的，社会的需求和市场的竞争也推动着飞机制造技术的不断更新和发展。

飞机是一种重于空气的飞行器，它是一种依靠自身的动力产生升力来支持其自身在空中飞行的特殊机器。它或用于空有人员、物资，或用用于空中作战。在结构上飞机有以下几个重要部分：主要用于装载人员、物资和燃料的机身；主要用于产生升力及装载燃料的机翼；控制飞行方向和保证飞行稳定性的襟翼、副翼、尾翼及其操纵系统；用于起飞和着陆的起落架及其辅助系统；用于导航通信等的仪表、特设系统等。飞机结构不但尺寸大、外形复杂，而且其机体结构主要是由大量形状复杂、连接面多、工艺刚性小以及在加工和装配过程中都会产生变形的钣金件或非金属薄壁零件组成的薄壳结构，这就决定了它的制造过程与一般机械制造有不同的特殊要求：

①飞机外形严格的气动要求和结构的互换协调。

②严格控制飞机的结构重量。

在航空技术高度发达的今天，研制一种新型飞机，从设计方案的提出、试制生产到投入使用，一般都要经过几年甚至十几年的时间，这是一个很复杂的过程，简单的归纳起来，飞机研制工作的一般过程大致为：

概念性设计——初步设计——方案审查——详细设计——设计审查——原型机试制——设计定型、颁发TC——原型机试飞——批生产准备。

2、飞机制造技术特点

由于飞机结构复杂，零件及连接件数量又多，且大多数零件在自身重量下刚度较小，而组合成的外形又有严格的技术要求等特点，在飞机制造中，除了那些形状规则、刚性好的机械加工零件外，大多数零件，特别是那些形状复杂、尺寸大、附性小的钣金零件，都必须用体现零件尺寸和形状的专用工艺装备来制造，以确保其形状和尺寸的准确度。

一般机械产品零件的刚度比较大，连接产生的变形小，故装配准确度主要取决于零件的制造准确度；而飞机装配是由大量刚性较小的钣金零件或薄壁机械加工件在空间组合、连接的结果，故飞机装配准确度在很大程度上取决于装配型架（夹具）的准确度。此外，在飞机装配中还有定位和连接产生的应力和变形（如铆接应力和变形、焊接应力和变形），装配件从装配型架上取下还要产生变形等，为保证飞机装配工作

的顺利进行，希望进入装配个阶段的零件、组合件和部件具有生产互换性，在装配过程中，零件、组合件和部件具有生产互换性，可以不对工件进行试装和修配，能减少大量的手工修配工作量，节省大量工时，缩短装配周期，有利于组织均衡的、有节奏的生产。在飞机成批生产中，许多钣金零件，机械加工件、装配个阶段的装配单元、部件都采用生产互换的方法。因此在飞机制造中一般采取互换和协调的方法以保证飞机装配的准确度。

3、飞机制造的主要部分

飞机工艺装备是飞机制造中必备的一种设备或工具，用来保证飞机产品的质量，提高劳动生产率，减轻劳动强度，降低产品成本，从而提高产品的竞争能力。飞机工艺装备分为两大类：一类为直接用于零件的成形和飞机装配过程中的生产工艺装备；另一类为作为生产工艺装备的制造依据和统一标准的标准工艺装备。随着现代科学技术最新成果的不断涌现，设计、制造飞机工艺装备主要内容已从传统的机械加工向机电结合、数字测量方向发展。飞机制造技术也已转向采用新的综合技术工作法，建立以飞机产品数字建模技术为主导，并广泛采用新技术和综合化的完整工艺制造体系的新方向发展。

飞机零件的制造包括飞机零件的机械加工（如整体壁板的加工、梁类零件的加工、缘条长桁类零件的加工、框类零件的加工、接头类零件的加工和钛合金零件的加工等）和飞机钣金工艺（如蒙皮零件成形、整体壁板成形、落压零件成形、型材零件成形和钛合金钣金零件成形等）两大类。

飞机制造过程的主要环节是飞机的装配，飞机装配过程就是将大量的飞机零件按图纸、技术条件进行组合、连接的过程。

二、飞机制造中的互换和协调

1、结构分析

由传统的飞机制造模式可知，由于飞机产品的特殊性，飞机制造技术及其过程与一般的机械制造有着明显的不同，有自己的独特之处。在采用传统的飞机制造模式来制造薄壁结构的飞机时，由于飞机结构的特点，大部分的结构零件，特别是与外形有关的零件，多为尺寸大、刚性小、形状和配合关系复杂、容易变形的钣金件和型材零件。这些零件不能用一般的机械加工的方法来制造，而是利用大量标准和专用的工艺装备来制造，在将这些零件装配成组合件和部件时，其装配的准确度和互换性的保证方法，也不能像一般的机械产品那样靠零件的制造准确度本身来保证，而必须要以上述工艺装备来保证。工艺装备不仅是制造产品的手段，而且是保证产品装配协调和互换的依据。因此，要保证飞机的制造准确度以及生产中的协调性和互换性，首先必须保证各种生产工艺装备的制造准确度和协调准确度。

2、互换

飞机制造中的互换性（即完全互换性）是指相互配合的飞机结构单元（部件、组件或零件）在分别制

造后进行装配或安装时，除设计规定的调整外，不需选配和补充加工（如切割、锉铣、钻铰、敲修等）即能满足所有几何尺寸，形位参数和物理功能上的要求。飞机制造中的互换性分为几何形状互换性和物理功能互换性两个方面的内容。它是由飞机结构和生产上的特点所决定的。互换性只是对同一飞机结构单元于言的。飞机制造中的互换要求包括气动力外形的互换要求、部件对接接头的互换要求、强度互换要求、重量（包括重心）互换要求等方面。

在飞机制造中，当飞机的零件、组合件、段件和部件具有生产和使用互换性时，不但可以减少装配和对接时的修配工作量，节省大量工时，缩短生产周期，降低生产成本，有利于组织有节奏的批量生产，而且可避免出现由于强迫装配而产生的装配变形，以及飞机结构内产生的装配残余应力的集中。同时，当飞机某个零件、组合件、段件或部件在使用中被损坏后，能用备件迅速更换，不会由于局部的损坏而影响飞机的正常使用，从而可延长飞机的使用寿命，保证飞机的使用性能。

3、协调

飞机制造中的协调性是指两个或多个相互配合和对接的飞机结构单元之间、飞机结构单元与它们的工艺装备之间、成套的工艺装备之间配合尺寸和形状的一致性程度。一致性程度越高，则其协调性越好，协调准确度越高。协调性仅指几何参数而言。

①保证协调准确度的基本方法

按独立制造原则进行协调：对于相互配合的零件，当按独立制造原则对其进行协调时，协调准确度实际上要低于各零件本身的制造准确度。

按相互联系原则进行协调：如果其他条件相同，那么当采用独立制造和相互联系制造两种不同的原则时，即使零件制造的准确度相同，得到的协调准确度也不同；按相互联系原则能得到更高的协调准确度，而且在尺寸传递过程中，公共环节数量越多，协调准确度也就越高。

按相互修配（或补偿）原则进行协调：当采用相互修配原则进行协调时，协调准确度仅取决于将零件A的尺寸传递给零件B这一环节的准确度。

②协调方案的确定以及协调图表

飞机的机体主要由大量外形复杂的钣金零件组成，在我国现阶段，对于钣金零件所采取的协调方法（即尺寸传递体系）大体上分为模拟量传递、数字量传递和模拟量与数字量混合传递3种方式。在确定协调方案时必须先了解飞机机种上需要重点进行协调的部位，以根据不同的机型和结构特点做出正确决策。

三、飞机图纸的绘制

飞机图纸的绘制见装配图和零件图。

垫板外舱侧盖蒙皮加强梗、装配图见图。

四、飞机零件的制造

1、房外舱蒙皮制造

飞机蒙皮是构成飞机气动外形的关键零件，一般采用闸压滚弯、拉伸成形的方法制造，蒙皮制造技术是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志之一。因此蒙皮制造技术对于我国航空制造业具有十分重要的意义。

①蒙皮制造的特点：

⑴外形复杂，协调准确度高。

⑵不允许划伤和鼓动。一般构成气动外形，表面光滑流线。

⑶结构尺寸大，相对厚度小，刚性差。

⑷采用切面样板制造或样板为制造依据，并按模胎、切线样板、检验夹具、拉形模控制外形

⑸需要大型专用设备

⑹要求操作工人的技术水平较高。

2、合理选材：机机体钣金零件常用材料种类有铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金、碳素钢、合金钢及不锈钢等，而此次设计蒙皮所采用的材料均为LY12，LY12在退火和新淬火状态下塑性尚可，可热处理强化。焊接性能不好，未热处理焊缝的强度为基体的60% ~ 75%，焊缝塑性低。抗蚀性不高，有晶间腐蚀倾向，阳极氧化处理、涂漆或包铝可大大提高抗蚀能力。要合理地、有区别地选择结构各部分的材料，既要满足静强度要求，又要具有良好的抗疲劳性能。高强度铝合金LC4比铝铜合金LY12的静强度高约20%左右，但是LC4的疲劳性能却较差，对于毛刺、细小裂纹很敏感，故发动机机舱蒙皮不用LC4而用LY12，但应注意：

①控制应力水平：在较低的应力作用下，结构不易产生疲劳裂纹

②避免构件形状和截面的急剧变化，应尽可能逐渐过渡或用较大的圆弧光滑连接。

3、工艺方案的选择与确定

①热处理

LY12经退火处理（LY12-M）抗拉强度小于245Mpa，伸长率为12%。LY12经过淬火和自然时效（LY12-CZ），当型材厚度小于5.0mm时，抗拉强度为392Mpa，屈服强度为294Mpa，伸长率为10%；当型材厚度在5.1~10.0mm 之间时，抗拉强度为412Mpa，屈服强度为294Mpa；当型材厚度在10.1~20.0mm之间时，抗拉强度为422Mpa，屈服强度为364 Mpa；当型材厚度在20.0~40.0mm之间时，抗拉强度为441Mpa，屈服强度为313Mpa；当型材厚度大于40.0mm时，抗拉强度为392Mpa，屈服强度为294Mpa；以上状态下伸长率均为10%。

②技术条件

JT00-7 普通铆接技术条件

JT00-64 飞机零件、组件、部件重量控制4、发房外舱蒙皮工艺规程如下：

（1）垫板、加强梗钣金件的制造

飞机钣金零件的协调

飞机钣金零件的协调包括零件之间相互协调、零件与装配工艺装备之间的协调。

①作用

飞机钣金零件的协调可以减少装配和对接时的修配工作量，节省大量工时，缩短生产周期，降低生产成本有利于组织有节奏的批量生产，而且可避免出现由于强迫装配而产生的装配变形，以及飞机结构内产生的装配残余应力的集中，保证飞机的使用性能。

②依据

协调依据内容包括：数据尺寸、样板、标准工艺装备、移形工艺装备和标准实样。

协调图表编制依据与其他指令性工艺文件的关系：产品图纸生产大纲——工艺总方案——标准工装协调图表——部件装配协调图表——钣金零件协调图表——钣金零件制造生产文件。

③编制原则

⑴、在具备一定物质、技术条件下，尽量采用数字量传递法，CAD/CAM工作法适用于各型飞机

的研制、试制和批生产。

⑵、采用模拟量传递法时，也要根据飞机特点、生产批量以及钣金零件的复杂程度，选择不同

的协调方法：

a、大、中型飞机采用模线样板——表面标准样件工作法；小型飞机（歼击机）可用模线样板

——标准样件工作法。

b、研制、试制阶段，以模线样板工作法为主，并辅以少量的立体协调依据；批生产阶段，可根据产品的产量和各厂的经验，采用表面标准样件工作法或标准样件工作法。

c、座舱、进气道、整流罩、发动机短舱、翼根等双曲度钣金零件，应采用表面标准样件工作法；而对单曲度钣金零件，则采用模线样板工作法。

d、“按两个制造依据协调法”，是指钣金工艺零件的某一工艺装备，同时按样板和反模型（或其他立体依据）制造；按样板精加工一部分工作面，按反模型（或其他立体依据）精加工另一部分工作面。样板和反模型分别作为该工艺装备的制造依据。该法积累误差大，应少用，如必须采用时，应确定合理的定位基准，以减少定位误差。

⑶、综合应用法，是模拟量向数字量传递法过渡的一种方法，对于尚不完全具备CAD/CAM物质条件时采用。

④步骤

⑴、确定全机协调部位；

⑵、选择各部位的协调方法；

⑶、编制协调图表；

⑷、确定各种工艺装备及技术条件。

（2）、模线样板及工装的设计（简要）与使用

模线是由模线设计员根据设计所发出的图纸而绘制的图样；模线通常分为理论模线和结构模线两大类，理论模线按飞机理论图绘制，结构模线根据设计所发出的结构图绘制。样板是按照模线或数据而加工成的专用量具。

钣金工艺垫板工艺规程：