飞机机翼蒙皮破孔修补第八站位面论文.doc

课 程 设 计波音767飞机机翼前缘第八站位面蒙皮破孔修补学 院航空航天工程学部专 业飞行器制造工程班 级 学 号 姓 名 指导教师 课 程 设 计 任 务 书院（系） 航空航天工程学部 专业 飞行器制造工程专业（维修）班级 学号 学生姓名 课程设计题目 波音767飞机机翼前缘第八站位面蒙皮破孔修补 课程设计时间 2013 年 12 月23日至 2014 年01月10日 地点 校内 课程设计内容及要求：内容：1.分析机翼蒙皮破孔的原因和其潜在的影响；2.根据破孔具体位置，查询破孔修理所需标准；3.制定具体的维修方案，计算维修中所需要的各项数据值；4.结合CATIA软件画出破孔修理的三维模型并爆炸显示出各部位；5.完成论文1篇，要求不少于5000字。课程设计步骤：1 调研，即查找相关书籍、期刊资料；2 建立CAD数模；3 撰写课程设计论文；4 申请答辩。指导教师签字 沈阳航空航天大学毕业设计（论文）摘 要基于CATIA软件的飞机机翼蒙皮破孔修补课程设计，是在数字化制造的基础上，根据飞机结构检修1书籍中维修方法和标准进行的设计。飞机机翼是飞机的一个重要部件，其主要功能是产生升力，飞行中，作用于机翼的外部载荷有空气动力 、机翼结构质量力和部件的质量力。机翼在外载荷作用下，像一根固定在机身上的悬臂梁一样。要产生弯曲和逆转变形，因此，在这些外部载荷作用下，机翼各截面要承受剪力 、弯矩和扭矩。蒙皮对机翼上尤为重要，特别是机翼前缘，它是气动力特别敏感区，对光滑性要求较高，因此，对机翼前缘破孔损伤维修的要求很高，可以减少机翼潜在的危险。在此次的课程设计中首先要了解飞机蒙皮结构，对蒙皮作失效分析，飞机蒙皮破孔对飞机的影响，然后了解飞机蒙皮破孔损伤的修理方法，最后再根据所学知识，对飞机机翼前缘蒙皮破孔损伤进行修理。关键词：蒙皮破孔；CATIA；机翼；修补目 录1 绪论11.1 数字化技术发展及前景11.2 CATIA软件的使用21.3 飞机蒙皮破损及其维护21.3.1 蒙皮小破孔的无强度修理31.3.2 跨构架蒙皮破孔的修理31.3.3 不易施工处蒙皮破孔的修补41.3.4 机翼前缘蒙皮破孔修补42 机翼蒙皮前缘破孔修补分析52.1 破孔修补补片的分析52.2 破孔修补衬片的分析62.3 加强片的分析62.4 托板螺母的分析62.5 修理蒙皮破孔时的强度分析73 CATIA软件作图83.1 补片的作图83.2 衬片的作图83.3 加强片的作图93.4 托板螺母的作图103.5 工程图出图104 总结12参考文献13I沈阳航空航天大学课程设计（论文）1 绪论1.1 数字化技术发展及前景随着信息技术的迅速发展及其与制造的融合，航空制造日益走向数字化。数字化已经渗透到产品研制的设计、制造、试验和管理的全过程中，出现了飞机产品数字化定义、虚拟制造、仿真等单元技术。采用数字化设计制造是保证飞机快速研制的必要手段。美国联合攻击战斗机(JSF)是体现数字化设计制造技术应用水平的典型实例，说明了数字化设计制造技术在提高飞机产品质量、缩短研制周期方面至关重要的作用和地位。中国航空工业第一集团公司为了完成信息化建设，迎接国际航空市场激烈的竞争和挑战，提出了基于信息技术、实现跨越式发展的战略构想。数字化产品定义技术面向从设计、分析、制造、装配到维护、销售、服务等全生命周期的各个环节，用于描述和定义产品全生命周期的数字化过程中所应包含的信息，及信息间的关联关系，使其成为计算机中可实现、可管理和可使用的信息。在数字化技术和制造技术融合的背景下，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。其内涵包括三个层面：以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术。数字化制造技术的未来发展方向，利用基于网络的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM集成技术，实现产品全数字化设计与制造在CAD/CAM应用过程中，利用产品数据管理PDM技术实现并行工程，可以极大地提高产品开发的效率和质量，企业通过PDM可以进行产品功能配置，利用系列件、标准件、借用件、外购件以减少重复设计，在PDM环境下进行产品设计和制造，通过CAD/CAE/CAPP/CAM等模块德集成，实现产品无图纸设计和全数字化制造；CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应管理、客户关系管理相结合，形成制造企业信息化的体构架。虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业、动态企业联盟、敏捷制造、网络制造以及制造全球化，将成为数字化设计与制造技术发展的重要方向。制造工艺、设备和工厂的柔性、可重构性将成为企业装备的显著特点2。数字化制造将成为21世纪企业装备的显著特点。将数字化技术用于制造过程，可大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性，从而提高产品生产过程的质量和效率，增强工业产品的市场竞争力。1.2 CATIA软件的使用CAD/CAM即计算机辅助设计与制造,其含义是指产品设计和制造人员根据产品设计和制造流程,在计算机系统的支持下,进行设计和制造的一项技术。一般讲,一个完整的CAD/CAM系统是由计算机、外围设备及附加生产设备等硬件和控制这些硬件运行的指令、程序即软件组成。CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域3。CATIA包括了机械设计，曲面造型，工程分析，电子设计，人机工程等一百多个模块。在世界CAD/CAB/CAM领域中处于领先地位。CATIA被广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子、电器、消费品行业；它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，满足了工业领域各类大、中、小型企业的需要。尤其在航天业，有八成以上的厂商使用CATIA软件。波音飞机公司使用了CATIA完成了整个波音777的零件设计和电子装配，创造了业界的奇迹，从而确定了CATIA在CAB/CAM/CAD行业中的领先地位。由于CATIA模块很多，我们不能每个都学会，在我们常用的基础模块包括：基础结构设计（Infrastructure）、机械设计（Mechanical Design）、外形设计（Shape）、工程分析4。机械设计（Mechanical Design）是我们学习的重点，包括常见的部件设计、装配设计、草图、工程图等5。1.3 飞机蒙皮破损及其维护 飞机蒙皮的主要作用是构成飞机的外形，保持飞机的良好气动性能以及承受和传递载荷。飞机蒙皮的常见损伤有划伤、变形、裂纹和破孔等。飞机蒙皮损伤后，不仅破坏了飞机的良好气动性能，而且还会使损伤部位的象皮强度降低，承载能力下降，危及飞行安全。因此，要及时修理飞机蒙皮上出现的各类损伤。1.3.1 蒙皮小破孔的无强度修理 蒙皮上的破孔，如果直径较小，对蒙皮强度影响较小，可采用无强度修理。所谓无强度修理就是不考虑强度，只恢复表面气动性能的的修理方法。破孔的一般修理方案 ，此类破孔的修理通常采用托底平补法，此法首先是将损伤部位切割整齐，然后用补片填补切割孔，用村片托底，通过衬片将补片和蒙皮连成一体。托底平补法的步骤为：（1）确定切割范围（2）切割损伤部位（3）制造补片和衬片（4）钻孔铆接。图1.1 蒙皮小破孔的无强度修理1.3.2 跨构架蒙皮破孔的修理当蒙皮上的破孔跨越构架时，应根据构架的损坏情况，采用不同的修理方法。如果构架没有损坏，可将衬片做成2块，其中一块衬片应搭在构架的弯边上。如果构架和蒙皮同时损坏，衬片最好做成一整块，先将它与蒙皮铆接，再接补损伤的构架，最后铆接补片。此外，也可以先接补损伤构架。图1.2 跨构架蒙皮破孔的修理1.3.3 不易施工处蒙皮破孔的修补飞机上有的部位，如后机身，可以从蒙皮的内部接近损伤处，故放置衬片和进行铆接，都比较容易。但飞机上也有些部位，如机翼 、尾翼、 进气道等处，不易从蒙皮的内部接近损伤处，故放置衬片和铆接存在困难。为了克服困难，有下列方法可行（1）充分利用切割孔进行施工（2）利用舱口盖或施工空进行施工（3）临时拆卸蒙皮进行施工（4）采用盖板法修理 。图1.3 不易施工处蒙皮破孔的修补1.3.4 机翼前缘蒙皮破孔修补前缘蒙皮破孔的修理方法与破孔的一般修理方法基本相同。但由于前缘是气动力特别敏感区，对光滑性要求较高，因此修理时具有以下特点：（1）前缘蒙皮出现破孔后，均要采用托底平补法修理（2）补片和衬片与前缘蒙皮的弧度一致；补片与被修理蒙皮同材料同厚度，衬片与被修理蒙皮同材料，但厚度一般加厚一级到二级。图1.4 前缘蒙皮破孔的修理2 机翼蒙皮前缘破孔修补分析2.1 破孔修补补片的分析在设计飞机机翼蒙皮前缘破孔修补补片时，补片是用与蒙皮材料相同、厚度相等的铝板制作的。补片的大小和形状与切割孔相同，二者对缝间隙应该符合飞机维修质量要求。修理经验表明，制作补片时，务必注意到三点，才能保证制作准确、速度。一要以孔为基准锉修补片，避免补片与孔同时锉修；二要做好标记，便于补片与孔对缝；三要有次序地有一个方向边锉边对，防止急躁，要少锉勤对。对于飞机机翼 前缘蒙皮破孔的修理方法与破孔的一般修理方法基本相同。但由于前缘是气动力特别敏感区，对光滑性耍求较高，因此修理时具有以下特点：前缘蒙皮出现破孔后，均要采用托底平补法修理。补片形状视蒙皮损伤形状和结构情况而定。其中矩形孔的切割线应平行于翼肋或析条。补片与前缘蒙皮的弧度一致，补片与被修理蒙皮同材料同厚度。 在此次的课程设计中，计算可知，破孔的尺寸是170mm*150mm，经过锉修之后，将其尺寸变为180mm*160mm，所以其补片的尺寸设计为180mm*160mm，对其厚度设计为2mm。其形状图如下图2.1 补片外形2.2 破孔修补衬片的分析前缘蒙皮出现破孔后，均要采用托底平补法修理。一般采用圆形补片或矩形衬片，其中矩形孔的切割线应平行于翼肋或析条。衬片与前缘蒙皮的弧度一致，衬片与被修理蒙皮同材料，但厚度一般加厚一级到两级备不能双面铆接时，衬片做成两块，从切割孔放人，并用加强片铆成一整体，衬片和加强片与蒙皮用埋头铆钉连接，衬片上铆托板螺母后与补片用螺钉连接。对于衬片的尺寸，可以通过补片来计算，有已知的补片尺寸l计算有L=l+4c+2(m-1)a，其中c=8mm a=10mm m=2计算得衬片的尺寸为衬片的尺寸为232mm*212mm，并且对其形状设计成中间有减轻孔的形状，按照以上的算法可算得，孔的尺寸为128mm*108mm。衬片均匀分布在补片的相应位置。图2.2 衬片外形2.3 加强片的分析由于破孔修补的衬片设计成两个，并且对称，所以设计时对于加强片的材料选择与蒙皮相同的，同时其厚度选择与蒙皮的相同都是为2mm，这样可以保证整体的稳定性，加强片的尺寸设计为120mm*52mm，位置位于两个衬片的接口处。2.4 托板螺母的分析在衬片和蒙皮的连接上，选择使用托板螺母，先铆钉好托板螺母，然后在在用螺钉固定衬片，在选择托板螺母是选用GB930-886，并且其中d选择M4型号，d1=4.8mm，b=0.9mm，H=4.5mm等。如下图图2.3 托板螺母2.5 修理蒙皮破孔时的强度分析在修理蒙皮破孔是，必须使衬片有足够的强度，并对接缝处的铆钉数进行计算，这样才能做到胸中有数，接缝处的铆钉数按照长轴平行于桁条的长圆孔和矩形孔铆钉数的计算放法计算。并且已知其载荷分别为180MPa和40.8MPa，在计算时选择有qbs=31400N，但是由于补片的形状是不规则的形状，所以计算比较复杂，不能使用一般的计算公式，在此次的设计中，将布片展开成一个矩形形状，尺寸为180mm*320mm,然后按照长轴垂直桁条的矩形计算方法。按照下面的公式其中需要求出的是中心线一侧衬片上n和补片上nph分别是38个和9个。3 CATIA软件作图3.1 补片的作图根据蒙皮的损坏情况确定切割范围，这是修理蒙皮破孔的第一步，它关系到其他步骤的施工。切割线一般应超过损伤范围5mm。切割线的直线部分应与构架（即梁 、桁 、肋 、框）相平行，并与构架保持一定距离，以便铆接衬片。补片是用与蒙皮材料相同 、厚度相等的材料制作的。补片的大小和形状与切割孔相同，二者对缝隙应符合飞机修理质量要求。修理经验表明，制作补片时，务必注意做到三要，才能保证制作准确 、迅速。一要以孔为基准锉修补片，避免补片与孔同时锉修；二要做好标记，便于补片与孔对缝；三要有次序地由一个方向边锉边对，防止急躁，要少锉勤。作图如下图3.1 补片图3.2 衬片的作图在作图中，衬片要与补片相互对应，衬片的材料与蒙皮相同，衬片的厚度大于蒙皮的厚度的一级到两级。衬片的大小决定于破孔的大小和衬片与蒙皮连接的铆钉排数。在这里，衬片做成两块，从切割孔放人。图3.2 衬片图3.3 加强片的作图加强片是用来把两块衬片铆成一个整体的。衬片和加强片与蒙皮用埋头铆钉连接。在绘图的过程中，应该是在一处画成一个整体，并且对称。如下图图3.3 加强片图3.4 托板螺母的作图托板螺母是建立在加强片的内表面上，其作用是为了固定加强片与衬片和蒙皮，衬片上铆拖板螺母后与补片用螺钉连接，在作图是根据GB930-88标准。图3.4 托板螺母3.5 工程图出图在画完整个装配图后，由工程制图命令进入到工程图，选择零号图纸，然后选择正视图命令，切换窗口进入到装配图中双击工程图，导出正视图，在此基础上，选择剖视图命令按钮，选择如下图所示剖面线，在右侧导出A-A剖视图；在加强片和铆钉孔位置，选择详细视图命令，如图中局部视图。图3.5 工程图4 总结这次的飞机机翼前缘第八站位面蒙皮破孔修补课程设计是在理