MBD技術(shù)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

崔青青 余立 張家堂 李波

【摘??要】MBD?技術(shù)的大量使用不僅節(jié)約了大量的人力物力資源，還可以有效保證飛機(jī)安裝和檢查過程中的質(zhì)量，杜絕安全事故的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】MBD技術(shù);飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用

前言

MBD?技術(shù)已應(yīng)用于直升機(jī)產(chǎn)品研發(fā)的整個(gè)過程中，MBD?模型成為設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造檢驗(yàn)過程的唯一依據(jù)，但由于MBD?模型包含幾何、屬性、標(biāo)注等各類信息較為復(fù)雜，很容易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，必須要對(duì)模型質(zhì)量進(jìn)行檢查以確保模型的準(zhǔn)確性。

1?MBD技術(shù)介紹

傳統(tǒng)的通過二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和制造的模式只面向產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造，隨著產(chǎn)品全壽命周期管理（PLM）技術(shù)的發(fā)展，這種定義模式逐漸與數(shù)字化技術(shù)管理脫節(jié)，缺乏對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品工程定義的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)和遵循標(biāo)準(zhǔn)，不能完全發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造的優(yōu)勢(shì)。在數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的大環(huán)境下，基于模型的定義技術(shù)為飛機(jī)產(chǎn)品定義的內(nèi)容、管理模式以及產(chǎn)品定義方法提供了依據(jù)和指導(dǎo)。在MBD技術(shù)中，產(chǎn)品模型是其核心和基礎(chǔ)，由設(shè)計(jì)模型、注釋和屬性等組成。設(shè)計(jì)模型主要由三維實(shí)體模型和一些輔助幾何信息組成，是設(shè)計(jì)人員想法的再現(xiàn)。

2基于MBD的改裝協(xié)同設(shè)計(jì)信息傳遞

在試飛改裝協(xié)同設(shè)計(jì)中，改裝專業(yè)與飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)之間需要傳遞的信息多、專業(yè)覆蓋面廣，例如設(shè)備的結(jié)構(gòu)安裝、強(qiáng)度校核、氣動(dòng)布局分析、飛行載荷計(jì)算、電磁兼容性以及后期的設(shè)備拆除等等。若是采用“技術(shù)協(xié)調(diào)單+二維工程圖”的信息傳遞模式，會(huì)出現(xiàn)圖紙管理成本高、信息表述不清楚、設(shè)計(jì)難度加大等問題。因此，本文通過參考MBD技術(shù)中產(chǎn)品模型的定義方式，提出一種新的試飛改裝協(xié)同信息傳遞模式，意在將改裝專業(yè)與飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)之間就加裝測(cè)試設(shè)備的所有協(xié)同信息封裝在一個(gè)模型中，建立一種新的基于CATIA軟件的“ICD”文件，這種文件被稱為三維協(xié)調(diào)數(shù)模。三維協(xié)調(diào)數(shù)模適用于試驗(yàn)機(jī)所用到的所有機(jī)載測(cè)試設(shè)備的改裝協(xié)同設(shè)計(jì)，其通過特征樹的形式將改裝專業(yè)需要向飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)傳遞的信息集成在一個(gè)模型中，三維協(xié)調(diào)數(shù)模主要包含幾何模型、屬性信息和注釋信息等3種類型的信息。

2.1幾何模型

1）空間坐標(biāo)系：該坐標(biāo)系與原機(jī)坐標(biāo)系相同，便于機(jī)載設(shè)備在飛機(jī)中的定位。

2）零件幾何體：測(cè)試設(shè)備的三維實(shí)體模型，便于飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)直觀、清楚地了解機(jī)載測(cè)試設(shè)備的信息。對(duì)于飛機(jī)機(jī)身外圍加裝的測(cè)試設(shè)備，憑此可進(jìn)行氣動(dòng)布局分析和氣動(dòng)載荷計(jì)算。

3）協(xié)調(diào)定義幾何圖形：通過輔助幾何的圖形化表達(dá)方法，表示機(jī)載測(cè)試設(shè)備的機(jī)械安裝接口信息，飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)可獲得設(shè)備的安裝位置、方向以及接口等信息，以此進(jìn)行改裝轉(zhuǎn)接接口設(shè)計(jì)。

4）結(jié)構(gòu)開孔定義：通過三維輔助幾何信息指定某些設(shè)備電纜穿孔的位置和孔徑信息。

2.2屬性信息

1）重量和重心：根據(jù)機(jī)載測(cè)試設(shè)備的重量和重心，可進(jìn)行相關(guān)的強(qiáng)度計(jì)算，保證試飛過程中的安全性。

2）安裝位置及要求：表示設(shè)備的具體安裝位置以及所需空間等要求。

3）振動(dòng)、載荷和剛度要求：表示設(shè)備所承受的振動(dòng)條件、載荷范圍及所需剛度要求。

4）緊固件牌號(hào)及鉆孔協(xié)調(diào)：表明機(jī)載測(cè)試設(shè)備安裝所需的緊固件及制孔信息。

5）尺寸公差：向飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)指定未標(biāo)注公差的尺寸按照一定的設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行，體現(xiàn)了機(jī)載測(cè)試設(shè)備安裝接口的生產(chǎn)制造公差要求。

6）表面粗糙度：指定飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)設(shè)計(jì)的改裝轉(zhuǎn)接零件的制造粗糙度大小。

2.3注釋信息

包括一些文字說明信息，以及標(biāo)注數(shù)模尺寸，并對(duì)一些關(guān)鍵尺寸標(biāo)注公差。根據(jù)以上對(duì)三維協(xié)調(diào)數(shù)模構(gòu)成要素的分析，這種基于特征全三維定義的模型實(shí)現(xiàn)了改裝協(xié)同信息的全要素封裝，包含了機(jī)載測(cè)試設(shè)備所涉及的所有專業(yè)信息。同時(shí)，相比傳統(tǒng)的“技術(shù)協(xié)調(diào)單+二維工程制圖”模式，這種表達(dá)方式可清晰明了、無歧義地表達(dá)出設(shè)備改裝信息，可視化性強(qiáng)。此外，針對(duì)不同機(jī)載測(cè)試設(shè)備，這種三維協(xié)調(diào)數(shù)模協(xié)同設(shè)計(jì)模式可分門別類建立三維協(xié)調(diào)數(shù)模模型庫(kù)，每類機(jī)載測(cè)試設(shè)備具有相應(yīng)的三維協(xié)調(diào)數(shù)模設(shè)計(jì)模塊。從而使得三維協(xié)調(diào)數(shù)模協(xié)同設(shè)計(jì)模式的再利用能力得到最大體現(xiàn)，有利于試飛改裝技術(shù)的傳承。

3?基于三維協(xié)調(diào)數(shù)模的改裝協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

某試驗(yàn)機(jī)根據(jù)不同重量下、不同重心下進(jìn)行飛行試驗(yàn)的要求，需要在客艙研制一套某試驗(yàn)系統(tǒng)，以保證試飛過程中隨著燃油的消耗，飛機(jī)重心能實(shí)時(shí)保持在相應(yīng)重量條件下的前后極限位置。該試驗(yàn)系統(tǒng)的改裝設(shè)計(jì)方案為：根據(jù)改裝協(xié)同設(shè)計(jì)的分工不同，由某設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)與機(jī)體連接的機(jī)械接口設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，改裝專業(yè)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行該試驗(yàn)系統(tǒng)的加改裝設(shè)計(jì)。

該試驗(yàn)系統(tǒng)的改裝協(xié)同設(shè)計(jì)分為以下4?個(gè)階段：

1）協(xié)同設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：改裝專業(yè)和飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)關(guān)于試驗(yàn)系統(tǒng)的改裝可行性進(jìn)行初步協(xié)調(diào)分析。

2）協(xié)同設(shè)計(jì)前期：根據(jù)之前的初步協(xié)調(diào)分析結(jié)果，改裝專業(yè)編制試驗(yàn)系統(tǒng)加裝的三維協(xié)調(diào)數(shù)模，集成系統(tǒng)的包絡(luò)體數(shù)模、機(jī)械安裝接口、重量重心和其他安裝要求等信息。

3）協(xié)同設(shè)計(jì)中期：飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)根據(jù)三維協(xié)調(diào)數(shù)模的信息，進(jìn)行機(jī)械連接接口和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

4）協(xié)同設(shè)計(jì)后期：當(dāng)試驗(yàn)系統(tǒng)的機(jī)械連接接口和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)完成后，改裝專業(yè)基于此進(jìn)行試驗(yàn)系統(tǒng)的改裝詳細(xì)設(shè)計(jì)。因此，基于三維協(xié)調(diào)數(shù)模技術(shù)，通過改裝專業(yè)和飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。

結(jié)束語

通過某試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)系統(tǒng)改裝協(xié)同設(shè)計(jì)研究實(shí)例，結(jié)果表明：相比傳統(tǒng)的改裝協(xié)同設(shè)計(jì)信息傳遞模式“技術(shù)協(xié)調(diào)單+二維工程圖”，通過基于MBD技術(shù)的三維協(xié)調(diào)數(shù)模的方式實(shí)現(xiàn)了技術(shù)信息的模塊化封裝和MBD技術(shù)數(shù)據(jù)源單一的基本特點(diǎn)，且描述清晰、形象、準(zhǔn)確，極大地提高了試驗(yàn)機(jī)改裝協(xié)同設(shè)計(jì)的效率。同時(shí)，三維協(xié)調(diào)數(shù)模的模塊化協(xié)同設(shè)計(jì)模式為試驗(yàn)機(jī)改裝技術(shù)的繼承、維護(hù)和發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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（作者單位：中航飛機(jī)股份有限公司漢中飛機(jī)分公司）