飞机装配中支撑点设计方法研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 飞机装配中支撑点设计方法研究 摘要：飞机总装过程中，装配对 象一般为飞机段（部）件级结构，对于 尺寸较大或结构复杂的飞机部段间的装 配，其定位、姿态调整和连接都是非常 困难的。传统的飞机装配过程中，使用 了大量的装配型架和实物卡板用来定位 和装夹零部件。装配型架不仅对工件起 定位和夹紧作用，还要保证零件的装配 形状。 中国论文网 /8/view-12885269.htm 关键词：飞机装配；支撑点；设 计 引言 在飞机数字化装配系统中，飞机 部件的调姿工装由多个定位器组成，通 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 过各定位器的协同运动来实现飞机部件 的位姿调整，定位器同时也是飞机部件 装配过程中的夹具。与传统的刚性型架 相比较，由定位器组成的调姿工装具有 简单、开敞、定位精度高等优点，且通 过改变定位器的布局，使调姿工装能够 适用于不同的机型，极大的降低了飞机 的制造成本。机身在进入装配环节之前， 已包含了制造误差，所以激光跟踪仪的 测量结果包含了机身的制造误差与变形 误差。机身制造误差与变形误差叠加后 可能造成测量点的空间位置误差超差， 但仅根据激光跟踪仪的测量结果无法分 辨机身的制造误差与变形误差，这就可 能导致对机身制造误差的误判。 1.飞机部件支撑点设置原则 飞机部件自身结构中，通常并未 预留用于连接定位器的接头，因此在飞 机部件与定位器之间需设置专用的工艺 接头用于过渡连接。飞机部件支撑点的 设置实际上即确定定位器的数量、布局 以及工艺接头的安装位置。上述参数则 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 决定了飞机部件在装配过程中的变形、 应力情况。 定位器既是飞机部件调姿的执行 单元，也是飞机部件的夹持机构。定位 器除了能将飞机部件调姿到目标位姿外， 也要能平衡飞机在调姿过程中的负载， 将机身稳定固持。 2.飞机部件可支撑位置选择 定位器对飞机的作用载荷均是通 过工艺接头传递至飞机部件上，因此在 工艺接头与飞机部件相连接的区域，应 力较大，为避免飞机部件在装配过程中 产生过大的局部应力，保障调姿的安全 性，一般将支撑位置设置在飞机部件刚 度较好的位置，如机身加强框上。因此， 飞机部件的可支撑位置为一组离散的框 位。相应的，工艺接头的安装位置也只 能在可支撑框上来选择。 3.飞机部件支撑点设置评价方法 3.1 飞机部件测量点布局 由于飞机部件外形轮廓与结构复 杂，对机身部件的姿态和变形进行直观 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 的描述较为困难，在数字化装配系统中， 在机身部件上设置了若干测量点，测量 点即为靶球的安装位置，根据激光跟踪 仪的测量结果能够得到测量点在装配坐 标系下的空间位置。测量点的空间位置 可以用于评价飞机部件的姿态、位置， 为定位器的进给提供依据，同时也可以 评价飞机部件的变形情况及装配工艺性 能。 3.2 飞机部件承载分析 飞机部件在装配过程中的载荷包 括飞机部件的重力、装配应力、惯性力 等，飞机部件的调姿过程平稳且缓慢， 与飞机部件的重力载荷相比较，惯性力 和装配应力相对较小，可将飞机部件的 调姿过程视为准静态过程。因此对机身 部件的载荷只需考虑重力载荷的影响。 重力场的方向相对于装配坐标系 而言是固定不变的，在图 3.1 所示的坐 标系系统中，重力场方向在装配坐标系 为（0，g，0）T，g 为重力加速度。而 相对于飞机部件坐标系，重力场的方向 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 Gf（ gx，gy，gz ）T 会随飞机部件姿态 的改变而改变。其中 Gf（gx，gy，gz） T 可通过旋转矩阵 R 求解： Gf（gx，gy，gz ） T=RT（0，g，0）T R 为飞机部件的姿态变换矩阵： 其中 ca=cosa，sa=sina，式（2） 的变换即为飞机部件绕装配坐标系的 x 轴旋转） 角，再绕 Y 轴旋转 角，最 后绕 Z 轴旋转及 角。姿态变换矩阵 R 可由飞机部件测量点坐标与飞机部件数 字模型匹配计算得到。 3.3 飞机部件测量点位置误差 在飞机的弹性变形范围内，飞机 部件的重力载荷沿坐标轴的分量与测量 点的空间位置误差近似为线性关系： 其中，gi 为重力载荷沿 i 方向的 分量，aij，bij，cij 各测量点的刚度参 数， uij 为沿 i 向重力载荷作用下，测 量点的 j 轴方向误差值。则测量点沿各 轴的误差值为： ui 为测量点沿 i 轴方向的误差 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 值，测量点的空间位置误差为： 即为飞机部件支撑点设置的评价 标准，如果可以求解刚度参数，则可以 得到飞机部件在任意姿态下的变形情况， 但飞机部件的结构复杂，在方程组中的 刚度参数难以通过解析法求得。 4.位器布局与数量对机身变形的 影响 能够稳定支撑机身，实现机身六 自由度姿态调整，至少需要三个定位器 来支撑机身，因此，有限元模型中首先 考虑三点支撑方式，为使机身重心位于 各支撑点之间，保证支撑稳定性，可行 的支撑框位组合为 1 号支撑框位分别与 其他三个支撑框位之g 的组合，其中 1 号支撑框位的工艺接头与机身连接区 域设置在机身底部，其他支撑框位的连 接区域为 WL0 附近。 4.1 机身多点支撑方法 设计机身的多点支撑方法实际上 即确定工艺接头安装位置，定位器数量. 布局等参数。工艺接头的安装位置与其 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 他支撑参数不存在耦合关系，可以优先 确定，通过计算可得，工艺接头与机身 连接区域设置在 WLO 附近时，机身的 变形较小，并使调姿工装有较大的操作 空间，因此确定工艺接头与机身的连接 区域设置在 WL0 位置。机身采用三点 支撑方式时，1 号支撑框位区域的应力 较大，这是由于机身沿 x 轴方向的载荷 对 1 号支撑框位的定位器有较大的弯矩 作用。 机身采用四点支撑方式时，所有 支撑框位的组合中，机身均存在局部变 形较大的区域，这是由于机身外形尺寸 较大，四个支撑点难以兼顾对整个机身 的“保型”效果。 机身采用六点支撑时，其误差与 三点支撑、四点支撑向比较，均有明显 降低，且机身不存在局部应力、变形较 大的区域，综合考虑机身调姿工装的工 艺要求与经济性，最终确定机身由六个 定位器支