航空發(fā)動機零部件數(shù)字化檢測技術(shù)的應(yīng)用

令狐棋 鄧亞軍

摘? 要：隨著時代的發(fā)展，航空發(fā)動機相關(guān)零部件的數(shù)字化檢測技術(shù)越加先進，為發(fā)動機部件安裝質(zhì)量提供了基礎(chǔ)保障，通過結(jié)合數(shù)字化檢測技術(shù)的有效應(yīng)用，進一步提高了整體裝配質(zhì)量，能夠保障發(fā)動機的運行可靠性。數(shù)字化檢測技術(shù)在航空發(fā)動機相關(guān)制造技術(shù)中發(fā)揮著重要作用，應(yīng)用于發(fā)動機部件的檢測和裝配過程中能夠發(fā)揮出雙倍效果，為此需要深入研究。本文主要針對航空發(fā)動機零部件的數(shù)字化檢測技術(shù)進行系統(tǒng)研究，包括研究背景、研究載體、總體思路、難點分析和解決方案，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機? 零部件? 數(shù)字化檢測? 應(yīng)用

中圖分類號：V231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）09（c）-0007-03

Abstract： With the development of the times， the digital detection technology of aero-engine related parts is becoming more and more advanced， which provides a basic guarantee for the installation quality of engine components. By combining with the effective application of digital detection technology， the overall assembly quality is further improved and the operation reliability of the engine can be guaranteed. Digital inspection technology plays an important role in aero-engine related manufacturing technology. It can play a double role in the detection and assembly process of engine components， so it needs to be further studied. This paper mainly focuses on the digital detection technology of aero-engine parts， including research background， research carrier， overall ideas， analysis of difficulties and solutions， hoping to provide effective reference for relevant people.

Key Words： Aeroengine; Parts; Digital inspection; Application

隨著時代的發(fā)展，航空發(fā)動機相關(guān)零部件的數(shù)字化檢測技術(shù)越加先進，進而為發(fā)動機部件安裝質(zhì)量提供了基礎(chǔ)保障，通過結(jié)合數(shù)字化檢測技術(shù)的有效應(yīng)用，進一步提高了整體裝配質(zhì)量，能夠保障發(fā)動機的運行可靠性。為此需要對數(shù)字化檢測技術(shù)進行深入研究和靈活掌握，將其在發(fā)動機部件安裝中的作用發(fā)揮出來。

1? 研究背景

針對航空發(fā)動機進行裝配作業(yè)中，其中各個部件裝配工作便占據(jù)了大部分比重，需要消耗較長周期，同時相關(guān)裝配質(zhì)量也決定了發(fā)動機裝配成果質(zhì)量，在整個發(fā)動機裝配作業(yè)中是一項即重要又復(fù)雜的任務(wù)。同時在現(xiàn)代化背景下，傳統(tǒng)裝配技術(shù)也無法滿足新時期航空發(fā)動機相關(guān)高精度和高質(zhì)量要求。為此需要針對航空發(fā)動機相關(guān)技術(shù)進行研究創(chuàng)新，充分掌握數(shù)字化檢測技術(shù)，從而能夠促進我國航空發(fā)動機相關(guān)裝配生產(chǎn)水平的有效提升，保障航空發(fā)動機的運行質(zhì)量，提高我國航空發(fā)動機生產(chǎn)質(zhì)量，對于國內(nèi)航空領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。

2? 研究載體

以某個航空的典型發(fā)動的新型噴管為例進行檢測研究。將先進發(fā)動機內(nèi)新型噴管部件當(dāng)成核心研究載體，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計十分復(fù)雜，屬于一種互相交錯的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體。其主要包括雙環(huán)結(jié)構(gòu)、收斂偏轉(zhuǎn)段、噴管擴散段以及加力筒體等部分，能夠?qū)ξ蛔藙幼鬟M行同步控制。在發(fā)動機相關(guān)操作中，需要確保其中的各個零部件都能夠按照相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，進行科學(xué)裝配。同時新型噴管擴散階段與偏轉(zhuǎn)中，應(yīng)該標(biāo)定360°全方位范圍中各個角度的實際轉(zhuǎn)角。將發(fā)動機作為基礎(chǔ)軸線，噴管軸線當(dāng)成基準(zhǔn)的0～20°之間任意角，此外還應(yīng)該和模型控制系統(tǒng)維持相同的給定值范圍，避免其超出給定公差上下1°范圍界限[1]。

3? 總體思路

科學(xué)確定針對航空發(fā)動機的數(shù)字化檢測工藝和實施方案，同時形成以PDM為基礎(chǔ)的數(shù)字化工藝結(jié)構(gòu)模式，將噴管虛擬裝配和協(xié)同生產(chǎn)過程直觀呈現(xiàn)出來。因為新型噴管整體結(jié)構(gòu)是一種特別復(fù)雜、多樣的空間運動結(jié)構(gòu)體，為了進一步消除檢測過程中因為干涉所形成的返工浪費問題，在噴管裝配相關(guān)檢測工藝方案制定中，應(yīng)該結(jié)合平臺為基礎(chǔ)的虛擬裝配技術(shù)，針對噴管相關(guān)檢測流程和檢測路徑實施仿真模擬操作，針對噴管形成一種最優(yōu)的檢測方案。

研究選擇激光跟蹤模式對噴管以軸線為基礎(chǔ)實施六自由度轉(zhuǎn)動靶點坐標(biāo)，明確靶點相應(yīng)的運行軌跡，隨后聯(lián)系相應(yīng)的軌跡方程，通過計算機實施準(zhǔn)確計算，將360°全方位噴管輸出實際空間轉(zhuǎn)角值，隨后和控制系統(tǒng)相關(guān)給定值之間進行分析比較，兩者之間的吻合公差控制在上下1°左右，順利完成針對新型噴管空間轉(zhuǎn)角相關(guān)標(biāo)定工作。

4? 難點分析

噴管除了加力筒體的安裝邊緣是機加件之外，剩下的都屬于精鑄件以及鈑金焊接件，存在較大的制造公差。噴管運行中涉及多種運動部件，同時需要避免其彼此之間形成干涉，不然便無法達到精度標(biāo)準(zhǔn)和動作檢測質(zhì)量要求。怎樣進一步提高噴管裝配檢測技術(shù)的科學(xué)性與合理性，提高操作效果，提供良好的可靠性保障，都是相關(guān)工藝方案設(shè)計中的重點攻克難題。

除此之外，新型噴管360°全方位偏轉(zhuǎn)角的數(shù)字化標(biāo)定也成為一項重點難題。新型噴管相關(guān)擴散段于偏轉(zhuǎn)操作中，需要在360°全方位范圍內(nèi)任意方向空間轉(zhuǎn)角實際數(shù)值和控制系統(tǒng)給定數(shù)值維持一致性。因為噴管結(jié)構(gòu)特征，相關(guān)軸系為空，導(dǎo)致標(biāo)定測距工作中，因為基準(zhǔn)不足，而影響整個工作流程，即便擁有剛性測具，但于噴管空間內(nèi)進行動作，容易因為軸心丟失，而加大標(biāo)定誤差，增加了噴管空間動角標(biāo)定難度[2]。

5? 解決方案

新型噴管虛擬裝配中的應(yīng)用軟件主要是西門子研發(fā)的協(xié)同平臺系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上形成一種制造工藝管理系統(tǒng)，相關(guān)系統(tǒng)也提供了一種協(xié)調(diào)操作的開放軟件工具與計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，結(jié)合裝配仿真軟件、TC平臺集成，在TC管理系統(tǒng)中創(chuàng)建仿真工具、三維噴管CAD模型、制造物料清單。針對新型噴管實施有效裝配作業(yè)中，需要把噴管相關(guān)數(shù)據(jù)信息、裝配資源、裝配特點以及操作流程等全面聯(lián)系起來，形成一種完善全面的資源過程信息、裝配流程信息，形成一種較為清晰的工藝規(guī)劃，促進平臺全面共享?？梢暬に噷崿F(xiàn)需要把PSE內(nèi)新型噴管模型結(jié)合模型管理裝置形成一種輕量化模型格式，有效儲存于TC內(nèi)部，于MSE內(nèi)創(chuàng)建裝配規(guī)劃順序，隨后把EBOM傳輸至MSE內(nèi)對零件進行分配，形成一種MBOM，隨后于PS內(nèi)實施裝配規(guī)劃和仿真設(shè)計，成為工藝優(yōu)化方案。

在針對新型噴管相關(guān)空間動態(tài)轉(zhuǎn)角實施數(shù)字化標(biāo)定過程中，因為新型噴管轉(zhuǎn)動角度屬于一種空間動態(tài)形式的，為此可以選擇激光跟蹤測量方法進行處理，相關(guān)測量關(guān)鍵主要是對其中的點進行測量和創(chuàng)建坐標(biāo)系，針對小范圍空間的測量工作，可以針對那些靶標(biāo)測量點進行直接選定。通過三維激光跟蹤儀針對噴管角度偏轉(zhuǎn)運動中，相關(guān)靶點坐標(biāo)實施空間走向跟蹤。如果靶標(biāo)運動軌跡主要是于球面體中運行，則證明偏轉(zhuǎn)軌跡符合球面函數(shù)方程。先通過計算，得到實測周朝對稱兩點球面前后軌跡弦長平均值，最后繼續(xù)針對實測運動軌跡的弦長平均值，和相關(guān)理論模型的擬合最佳數(shù)值，順利完成噴管偏轉(zhuǎn)角相關(guān)標(biāo)定工作。

除此之外，噴管轉(zhuǎn)角實施標(biāo)定作業(yè)中，需結(jié)合數(shù)據(jù)處理中心以及數(shù)字化測量系統(tǒng)。數(shù)字化測量系統(tǒng)涵蓋計算機輔助系統(tǒng)、照相測量系統(tǒng)、激光定位跟蹤裝置等幾部分，從而形成一種精確度較高的測量系統(tǒng)，能夠針對航空發(fā)動機部件各個關(guān)鍵點實施準(zhǔn)確、快速的跟蹤測量工作，提高發(fā)動機相關(guān)部件產(chǎn)品裝配的準(zhǔn)確性與控制性。數(shù)據(jù)處理中心主要是通過配套軟件以及高性能計算機所構(gòu)成的計算機系統(tǒng)，對裝配對象主要特征進行準(zhǔn)確識別。針對裝配方案進行有效設(shè)計和對公差進行分析計算的過程中，需針對各種反饋數(shù)據(jù)實施科學(xué)處理。由此能夠看出，噴管的轉(zhuǎn)角標(biāo)定工作主要是利用測量系統(tǒng)對相關(guān)運行數(shù)據(jù)進行全面采集，隨后將所獲得的各種數(shù)據(jù)信息傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，準(zhǔn)確發(fā)出各種控制指令，隨后結(jié)合數(shù)字化跟蹤執(zhí)行裝置，對實際測量部位真實位置進行確定和調(diào)整。最終結(jié)果證明數(shù)字化檢測技術(shù)的有效應(yīng)用能夠進一步降低檢測誤差，準(zhǔn)確標(biāo)定噴管空間轉(zhuǎn)角。

6? 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合數(shù)字化檢測技術(shù)和激光測量技術(shù)，能夠得到更為精確的噴管空間轉(zhuǎn)角數(shù)值，同時相關(guān)給定誤差也不會超出1°，符合航空發(fā)動機的技術(shù)要求，能夠針對噴管空間轉(zhuǎn)角進行準(zhǔn)確標(biāo)定。為此需要針對數(shù)字化檢測技術(shù)不斷進行深入研究和創(chuàng)新，靈活掌握數(shù)字化檢測技術(shù)，發(fā)揮出其價值和作用。

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