淺談機(jī)匣零件虛擬化設(shè)計(jì)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用

【摘 要】對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)維修訓(xùn)練缺乏實(shí)裝的實(shí)際情況，結(jié)合部隊(duì)外場(chǎng)維修訓(xùn)練需求，利用虛擬仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)了包括總體框架、樣機(jī)建立、結(jié)構(gòu)拆裝、維護(hù)過程仿真等部分的虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)，并利用多種軟件予以開發(fā)實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】航空發(fā)動(dòng)機(jī);虛擬設(shè)計(jì);機(jī)匣零件

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的核心，基于現(xiàn)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修原來越基于視情維修，所以如何加快準(zhǔn)確地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，在當(dāng)前動(dòng)蕩的國(guó)際環(huán)境下，提高航空產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造水平更是具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品研制過程中占有很大比重，而發(fā)動(dòng)機(jī)的典型部件——機(jī)匣的設(shè)計(jì)更是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)的測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的在線檢測(cè)和故障分析朝著數(shù)字化、模擬化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。本文就現(xiàn)在虛擬化技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣零件的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)提出了自己的見解。

一、我國(guó)航空的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣零件加工的現(xiàn)狀分析。

開機(jī)匣是機(jī)匣類零件的典型零件，由于此類零件的加工屬于半回轉(zhuǎn)體的外表面加工與回轉(zhuǎn)體的內(nèi)表面加工，與其它機(jī)匣類零件相比，對(duì)開機(jī)匣增加了縱向安裝邊，其加工工藝安排和加工難度大大增加。長(zhǎng)期以來，由于加工設(shè)備和加工工藝的落后，該零件的生產(chǎn)周期長(zhǎng)，加工效率低下，嚴(yán)重制約了我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和生產(chǎn)，成為我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)中的技術(shù)“瓶頸”。同時(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的制造精度更加趨于嚴(yán)格，傳統(tǒng)的制造加工技術(shù)己不能適應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的要求。虛擬技術(shù)在復(fù)雜零件的加工、高精度加工尺寸的保證中凸顯出無可比擬的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)虛擬技術(shù)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制周期、提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量顯得尤為重要。先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造與模擬加工技術(shù)的發(fā)展密不可分，在裝備制造業(yè)高速發(fā)展的今天，模擬技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。作為國(guó)防工業(yè)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)，虛擬技術(shù)的應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制、生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。研究對(duì)開機(jī)匣的數(shù)控加工技術(shù)對(duì)于提高整個(gè)航空制造業(yè)的水平起到舉足輕重的作用，它的成果可以為其它航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的加工提供經(jīng)驗(yàn)，因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域，對(duì)開機(jī)匣開展虛擬仿真技術(shù)研究，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的推廣意義

二、虛擬技術(shù)在航空機(jī)匣零件制造技術(shù)中的重要性

科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)測(cè)量技術(shù)的要求越來越高。電子測(cè)量技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器由于其功能單一，體積龐大，已經(jīng)很難滿足實(shí)際測(cè)量工作中多樣性、多功能的需要。航空發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴、系統(tǒng)復(fù)雜，可數(shù)零部件有3000多類20000多個(gè)，維修時(shí)面臨部件多、維護(hù)步驟復(fù)雜等諸多問題，而且受制于價(jià)格、購(gòu)買等因素，該裝備的維修培訓(xùn)缺少實(shí)裝件，由此，急需合適的手段和方法在現(xiàn)實(shí)條件下實(shí)現(xiàn)該裝備的維修訓(xùn)練，以提高裝備的綜合保障能力。自20世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的硬件功能可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量技術(shù)的緊密結(jié)合就產(chǎn)生了新的儀器種類——虛擬儀器。采用虛擬儀器的軟件戰(zhàn)略是第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展方向。虛擬儀器的出現(xiàn)使得測(cè)試系統(tǒng)趨向于柔性化和集成化，有利于用戶組建復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)，而且在硬件不發(fā)生變化或變化很小的情況下，可實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的擴(kuò)充、更改和升級(jí)，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)靈活方便，成本低，效率高。針對(duì)我國(guó)航空企業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件機(jī)匣的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，并由此開發(fā)出機(jī)匣建模向?qū)Чぞ?，使得機(jī)匣設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確、更快速、更方便。開機(jī)匣是機(jī)匣類零件的典型零件，由于此類零件的加工屬于半回轉(zhuǎn)體的外表面加工與回轉(zhuǎn)體的內(nèi)表面加工，與其它機(jī)匣類零件相比，對(duì)開機(jī)匣增加了縱向安裝邊，其加工工藝安排和加工難度大大增加。長(zhǎng)期以來，由于加工設(shè)備和加工工藝的落后，該零件的生產(chǎn)周期長(zhǎng)，加工效率低下，嚴(yán)重制約了我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和生產(chǎn)，成為我國(guó)航空．發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)中的技術(shù)“瓶頸”。同時(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的制造精度更加趨于嚴(yán)格，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣零件虛擬化技術(shù)對(duì)于縮短航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制周期、提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量顯得尤為重要。

三、虛擬技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣制造中的具體應(yīng)用。

虛擬技術(shù)指導(dǎo)下的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)形式和硬件設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣所采用的傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、信號(hào)特點(diǎn)，并以此為依據(jù)，虛擬了動(dòng)機(jī)機(jī)匣零件的實(shí)現(xiàn)方法，完成傳感器信號(hào)采集前端處理電路的設(shè)計(jì)，其中包括輸入保護(hù)電路、低通濾波電路、高通濾波電路、輸出保護(hù)電路、供電電源電路和系統(tǒng)抗干擾電路。數(shù)據(jù)采集、處理及存儲(chǔ)模塊，通過對(duì)硬件控制的程序的編寫實(shí)現(xiàn)了對(duì)非驅(qū)動(dòng)硬件的操作，結(jié)合具體使用條件編寫數(shù)據(jù)采樣程序。利用LabView開發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能穩(wěn)定，測(cè)試精度較高，界面友好，用戶操作方便，充分體現(xiàn)了虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)；數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)為代表的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)迅速發(fā)展，正在深入到發(fā)動(dòng)機(jī)制造的各個(gè)領(lǐng)域。虛擬化涉及的內(nèi)容很多，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的研制中，重點(diǎn)突出了產(chǎn)品數(shù)字化定義、產(chǎn)品數(shù)字化虛擬裝配和并行工程技術(shù)。數(shù)字化定義和虛擬裝配是一個(gè)產(chǎn)品由粗到細(xì)的設(shè)計(jì)迭代過程。由于采用了數(shù)字化定義，設(shè)計(jì)制造過程中采用數(shù)字化傳遞和共享數(shù)據(jù)技術(shù)，改變了以往需要依靠實(shí)物、樣件的研制方法，工裝設(shè)計(jì)可以與產(chǎn)品設(shè)計(jì)并行展開，零件制造可以并行進(jìn)行。并行工程的組織實(shí)施技術(shù)是縮短研制周期的最主要因素。國(guó)內(nèi)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)體系正在逐步形成，在研的幾個(gè)重點(diǎn)型號(hào)工程在不同程度上采用了這項(xiàng)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用在縮短研制周期、降低成本、提高質(zhì)量方面已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。

總之，航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣零件的虛擬化應(yīng)用，使得發(fā)動(dòng)機(jī)制造模式正在向自動(dòng)化、柔性化、集成化、智能化、全球化、虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

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