用于机翼、垂尾加工的辅助固持装置研究

在飞机机翼、垂尾等大部件打点及精加工等工艺过程中,如何保证基于柔性工装支撑的机翼、垂尾的已调整的位姿不被破坏并对其可靠固持是一个技术难题。为此,设计了一种基于气动、液压及真空技术的辅助固持装置,并对装置的受力和关键参数进行了分析和实验。结果表明:这种辅助固持装置能够有效提高机翼、垂尾精加工时抵抗外力的能力,提高了系统的稳定性,为柔性工装调姿的大部件稳定固持提供了一种新的方法和思路。     

针对大部件位姿调整、装配的一种随动固持方法

在飞机等大部件位姿调整、装配应用中,如何保持调整后的位姿并对大部件进行可靠固持一直是个技术难题。提出一种基于低熔点合金相变原理的大部件随动固持方法,并制造了称之为随动定位器的专门固持工装。将圆筒状金属体中的低熔点合金加热熔化,将与大部件刚性连接的心轴插入到液态低熔点合金中,液态低熔点合金冷却、固化后,锁紧与圆筒状金属体刚性连接的内筒,即可在大部件位姿不发生改变的条件下实现对其可靠固持。将低熔点合金加热熔化就可以释放与大部件刚性连接的心轴,使大部件恢复到调姿状态。通过低熔点合金材料性能试验、随动定位器固持强度试验、冷缩过程横向附加作用力试验、有限元计算,证明所提方法简单、易行、可靠。     

基于激光跟踪仪测量系统的翼身对接技术研究

飞机大部件对接是飞机制造的关键环节,大部件对接的准确度决定了飞机的整体质量。翼身对接作为飞机大部件对接的重要组成部分,其对接质量尤为重要,为提高翼身对接的质量,对基于激光跟踪仪测量系统的翼身对接技术进行研究。首先,对机身与机翼对接的测量基准点进行了选取和对机身的对接工装以及机翼的调姿装置进行了设计。之后,应用激光跟踪仪对机身与机翼测量基准点进行跟踪测量,在线测量控制系统根据测量结果,对机翼位置进行反复调整与修正。最后,对机身与机翼测量基准点的测量数据进行分析,并对翼身对接准确度进行判断。     

飞机大部件接合交点孔精加工技术研究

通过对飞机大部件接合交点孔制造过程进行分析,提出了一种采用动力切削设备替代传统人工方式,实现飞机大部件接合交点孔精加工的技术,并进行了试验验证。结果表明,采用自动进给钻结合精加工工装的方案有效、可靠,能够满足大部件叉耳配合交点孔精加工的技术要求。鉴于飞机大部件叉耳配合交点孔对接精加工工装定位形式受产品结构因素影响较大,建议产品设计人员在满足飞机强度和疲劳等因素的基础上,采用用于固定精加工工装的工艺孔,该工艺孔可在部件状态单独制出,从而实现精加工用工装的准确定位。     

基于并联机构调姿的大部件支撑点优选

为了提高基于并联机构形式的数字化调姿装置的操作性能和支撑稳定性等,对部件上的支撑点位置进行了优化选择。建立了该定位调姿装置的运动学模型,根据分支机构运动链的矢量图形,求解了定位调姿装置的位置方程及机构雅克比矩阵;根据机构雅克比矩阵建立了调姿装置的灵活度、承载力和刚度等性能评价指标;根据定位雅克比矩阵建立了调姿装置对部件定位时的支撑稳定性指标;对上述指标进行综合评价,根据指标的优化得到了部件的优化支撑点位置。分析结果表明:基于并联机构形式的大部件调姿装置的性能评价指标和位姿无关,支撑稳定性和姿态有关,且各指标依赖于初始支撑点的选择,以上结论为大部件定位支撑点的选择提供了参考。     

机翼长桁检验柔性工艺装备研制关键技术研究

面向新一代飞机制造数字化、柔性化的需求,基于柔性工装技术,设计了机翼长桁检验数字化柔性工装系统。通过总体设计和综合精度分析研究,建立了基于现场总线技术的柔性工装控制系统,开发了柔性工装专用的工艺控制软件,最后把该系统应用于实际生产。与原有工装相比,该柔性工装极大地缩短了长桁检验工装的研制生产周期,降低了长桁检验工装的研制生产成本,提高了长桁检验效率,减少了厂房占用面积。     

一种基于不确定性测量点的机翼位姿计算方法

以水平测量数据为基础,将机翼精加工位姿评估问题转化成一个三维空间内点集一自由曲面的配准问题,提出了基于迭代最近点（ICP）算法的机翼精加工位姿计算方法。通过重复进行“确定最近点集一计算最优刚体变换”直到表示正确匹配的收敛准则得到满足的过程,实现了不确定性测量点下的位姿计算,较好地解决了各测量点因精度不同或优先匹配点问题而导致的位姿评估偏差。     

基于某型机大部件数字化对接技术的研究及应用

飞机装配在飞机制造过程中占有重要的地位,大部件对接的质量对飞机的最终质量和周期有很大程度的影响,传统的飞机多应用刚性工装对接大部件,该方法对接精度较低,数字化对接技术的成熟可以提高部件的对接精度,缩短部件的对接时间。本文以某型机机身上下半部及客舱地板的对接为对象,从部件对接系统初始位置的设定、测量环境的构建、柔性机构的调姿、部件位置的跟踪测量、部件自动对接等方面进行研究,对飞机大部件数字化对接系统的功能和组成进行了介绍。     

基于关键特征的飞机大部件对接位姿调整技术

为实现飞机大部件姿态的自动调整,必须先获得大部件的空间姿态表达,进而确定具有6个自由度的调整向量.为此,针对大部件外形面装配误差累积,采用以大部件外形面测量点作为对接基准点进行姿态拟合的传统对接方法难以获得正确对接位置的问题,提出基于关键特征的大部件对接位姿调整方法.该方法首先确定对接大部件的关键特征,获得大部件的对接向量,然后通过优化协调尺寸误差分配建立满足装配质量要求的最优对接矩阵,确定对接过程中的大部件位姿,以提高对接精度与效率.通过在飞机平垂尾对接中的运用,并与一般位姿计算方法比较,验证了该方法的有效性.     

基于激光测距的大部件对接方法及误差分析

针对基于大尺寸测量引导的大部件对接模式成本较高,且精度易受温度等环境因素干扰,提出一种新型的基于激光测距的大部件对接方法,并对其误差因素进行综合分析。给出基于激光测距的对接系统组成及基本原理,采用奇异值分解法对部件当前位姿进行解算,运用几何分析法和小旋量模型构建基于激光测距的大部件对接目标位姿解算模型,依据调姿平台运动学计算各定位器调姿运动量。考虑方法及系统的主要误差来源,采用蒙特卡洛仿真方法分析了误差源对调姿量精度的影响规律。采用大部件对接实验系统对所提方法的有效性及精度进行验证,表明实际对接精度优于0.05 mm。     

基于FPGA的刚体调姿系统逻辑控制器开发

为解决大部件刚体调姿系统中各数控设备驱动电路的可靠性、各辅助工装设备的稳定性、系统的容差保护与报错等问题,设计并开发了基于现场可编程门阵列(FPGA)的逻辑控制器.重点从处理器模块、I/0模块、电源模块等方面对逻辑控制器进行了硬件结构设计,同时给出了基于硬件描述语言(VHDL)的软件实现方法.应用实践结果表明,该逻辑控...     

基于工作空间的航空发动机柔性工装尺度优化及刚度分析

在航空发动机柔性工装构型研究的基础上,计算仿真出了航空发动机柔性工装可达工作空间,建立了基于蒙特卡罗法的数学模型,并对工作空间进行了尺度优化;解出了对于不同结构尺寸的全局条件数,并根据全局条件数对整机的运动特性进行了优化分析。导出了柔性工装基于守恒协调转换刚度矩阵的解析表达式,求解出机构在X、Y、Z方向上的刚度映射图谱,及不同参数不同截面下的刚度映射图谱,并对机构的刚度特性进行了分析和讨论。为提高装配精度,合理选用机构装配位姿,优化机构性能有十分重要的作用。     

飞机垂尾静、动载荷联合加载装置设计

为了模拟飞机垂尾气动载荷进行试验,分析了气囊加载及电磁振动台的特性和运动规律,将加载气囊和电磁振动台布置在垂尾两侧,采用倾斜悬挂辅助支撑的总体结构,也实现了垂尾受静载变形后,电磁振动台5自由度调姿随动加载的功能,设计考虑了减振、平稳运动及飞机的维修换装问题。试验验证,本装置设计合理,工作稳定可靠,达到了联合加载的目的。     

复合材料尾翼盒段装配技术研究

为满足飞机高性能、长寿命、低成本的要求,国内各型号飞机研制中已经逐步开始使用或提高复合材料使用量,并逐步从小组件应用于翼盒等大部件中.然而,各主机厂对复合材料结构装配经验缺乏,难以满足产品高质量的装配需求.本文以某型机复合材料垂尾盒段为对象,提出复合材料零件定位原则及部件装配方案,设计数字化复合材料垂尾盒段装配型架.结合垂尾盒段结构特点,开展工艺参数试验,形成了一套基于T300级复合材料异质叠层的成体系的制孔工艺参数选择方案,实现了弱骨架复合材料部件的装配.     

轮椅床机构及人机一体化模型研究

设计了一种新型轮椅床,重点解决传统护理床在位姿变换过程中缺少柔性化问题,显著改善病人的舒适感。基于人机一体化模型研究在位姿变换过程中人体的状态,并进行了详细分析。采用机械机构和柔性气囊装置解决位姿变换的柔性化问题,减少了身体各个部位的挤压。利用MATLAb对机械机构、人机一体化模型进行了仿真分析,验证了机械机构和柔性气囊装置以及人机一体化模型对于柔性位姿变换的合理性。     

飞机立柱式柔性工装定位误差分析与精度保障

为保障柔性工装各组成立柱式三坐标定位单元的定位精度0.05 mm的设计要求,实现基于协调孔的精确装配定位,在某机型四个前缘襟翼部件柔性装配过程中,根据柔性工装的定位特点对柔性工装定位精度影响因素进行了综合分析.在所建立的工装坐标系下应用激光跟踪仪测量立柱定位单元的定位精度,基于滚珠丝杠传动系统的轴向定位误差与导程误差、导轨导向传动系统的安装定向误差,建立柔性工装立柱定位单元单轴运动的定位误差模型,对综合定位误差进行计算,并提出了定位精度保障的实验方案.实验表明,经误差补偿后,柔性工装立柱定位单元的定位精度完全能够满足工程中对飞机部件定位精度的要求.     

基于激光跟踪仪和机器视觉的飞机翼身对接装配偏差动态综合修正

提出一种基于激光跟踪仪和机器视觉的飞机翼身对接装配偏差动态综合修正方法。在对合前机翼调姿阶段,利用人工鱼群粒子滤波算法对机翼调姿控制点坐标进行跟踪与估值,结合多项式轨迹规划与定位器运动学逆解,建立翼身对合前机翼位姿的修正数学模型。在翼身对合阶段,利用加权最小二乘异质传感器信息融合方法,将机器视觉和激光跟踪仪的检测数据进行融合滤波,建立翼身对合质量动态监控和对合偏差综合修正数学模型。试验表明,该方法能显著提升飞机翼身对接装配准确度,实现飞机大部件对接装配偏差的动态修正。     

机翼刮胶柔性工装夹具的设计与可靠性分析

针对现有柔性工装夹具形成包络速度慢、控制复杂的现状,设计了一种适用于机翼自动刮胶系统的多点真空吸附式柔性工装夹具,以期为自动刮胶提供定位装夹。利用SolidWorks建立三维模型并将其导入到AnsysWorkbench中,在极限负载工况下对柔性工装系统中的关键部位的刚度强度进行仿真分析,并且分析了定位/支承单元前四阶模态振型。通过分析得出该柔性工装夹具采用模块化设计可靠,阵列切换速度快,结构利用率高,更为经济且维修方便。     

多点定位式柔性夹持工装设计与研究

为了解决飞机、汽车等行业的薄壁零件在常规方法定位加工中劳动强度大、自动化程度低、生产效率低、成本高、质量不稳定,且因形状复杂、刚度低不易定位夹持等问题,提出了基于多点真空吸附式柔性夹持工装方法。设计了一套X-Z两坐标的点阵式机械结构和采用真空泵系统的真空回路,并运用CATIA有限元分析模块对工装横梁的强度和刚度进行了校核,完成了一套用于薄壁零件的柔性工装系统。结果表明该设计满足要求,系统能有效提高制造柔性,为解决传统定位方法的缺陷提供了一种思路。     

柔性变形机翼设计及其结构力学性能分析

为提高小型无人机飞行效率,提出一种柔性变形机翼设计方法。基于机翼弦向弯度调节原理,采用柔性肋结构设计了面向小型(10Kg)无人机(UAV)的柔性变形机翼;采用计算流体动力学方法,分析了柔性变形机翼的升力系数变化和升阻比等空气动力学特性;采用有限元结构静力学方法,分析了柔性变形机翼的柔性肋结构在气动载荷下的应力变化,在风载下所受最大应力为5.3MPa,小于柔性肋的屈服强度11.65MPa。柔性肋组件设计可承受空气载荷,验证了柔性变形机翼的有效性和结构完整性。研究结果表明:设计的柔性变形机翼可以有效改善实际飞行中的气动特性,机翼最大升阻比可从60提高到110,在提升小型变体无人机飞行效率方面具有应用前景。