飛機裝配型架典型構件設計分析

王力京 趙景輝 石偉強

[摘? ? 要]隨著社會經濟濟持續(xù)、穩(wěn)定、高效率發(fā)展的推動下，飛機數字化裝配逐漸受到重視，并取得了突出成績，通過改變剛性工裝技術（轉變?yōu)槿嵝怨ぱb）可以將裝配周期縮短，并且節(jié)約工作用地。研究發(fā)現(xiàn)，飛機壁板等重要構件在數字化裝配理念的引導下，不僅裝配精度較高，而且裝配效率也提升顯著，推動了飛機裝配技術的高質量發(fā)展，將飛機裝配推向了全新的高度。

[關鍵詞]飛機裝配;構件設計;裝配型架

[中圖分類號]V262.4 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–00–02

Design and Analysis of Typical Components of Aircraft Assembly Frame

Wang Li-jing，Zhao Jing-hui，Shi Wei-qiang

[Abstract]Driven by sustained， stable， and high-efficiency economic development， aircraft digital assembly has gradually received attention and has achieved outstanding results. By changing the rigid tooling technology （converted to flexible tooling）， the assembly cycle can be shortened and work space can be saved. Studies have found that under the guidance of digital assembly concepts， aircraft siding and other important components have not only higher assembly accuracy， but also significantly improved assembly efficiency. A mature assembly system has emerged， which promotes the high-quality development of aircraft assembly technology. Propelled aircraft assembly to a whole new level.

[Keywords]aircraft assembly;component design;assembly frame

飛機機身之所以具備承載力，和壁板結構存在直接聯(lián)系，主要是因為機身的主要構成就是壁板，通常由若干壁板形成，因此可以得出結論，壁板的裝配質量是一項重要指標，對裝配水平影響較大。通過研究發(fā)現(xiàn)，壁板結構較為特殊，薄壁結構特征顯著，由鈑金件裝配成型，因為這些鈑金件在裝配階段易變形，所以裝配難度大。再加上壁板可靠性要求高，為了保證裝配效果，需要對裝配方式合理選擇，完成對壁板等構件的科學設計，以此來提升構件裝配質量，增強飛機機身穩(wěn)定性。

1 裝配型架的結構與功用

1.1 裝配型架的結構

骨架、定位件，搭配使用夾緊件，就構成了裝配型架的結構。其中骨架占據主體地位，主要作用是支撐定位件和固定夾緊件，從外型上來看，更像是一個大的架子，骨架的存在可以保證其他構件位置精準，作用十分顯著，在實際應用中，骨架的剛度要求較高，因為無論是定位件還是夾緊件都要附著在骨架上，所以骨架的穩(wěn)定性一定要好。就應用現(xiàn)狀來看，骨架結構形式比較多變，種類較多，像框架式、組合式等都是典型的骨架形式。另外，定位件和夾緊件同樣重要，都屬于裝配型架必不可少的部分，定位件顧名思義就是用來確定零件位置的。因此，在使用中，定位件需要保證準確、可靠，并且操作簡單，具有不損傷工件面等優(yōu)勢。通常情況下，定位件和夾緊件是相互配合的關系，所以也被叫做定位夾緊件。除此之外，還需要一些輔助設備，像工作臺、照明設備等，在這些輔助設備的幫助下，裝配工作才能順利進展，并且高效、安全完成，同樣至關重要。

1.2 裝配型架的功用

隨著應用范圍擴大，裝配型架的重要性逐漸顯現(xiàn)出來，并受到高度關注，最近幾年，這方面的研究正在有條不紊開展，對于飛機部件裝配準確度的提高和互換性增強起到了決定性作用。裝配準確度是指在零件裝配時，可以保證準確的定位，確保零件的工藝剛度，并且形狀、規(guī)格等滿足使用要求。而互換性指的是在實際裝配階段，合理控制變形量，在保證使用性能的基礎上，可以實現(xiàn)和同型號零件的互換，這是一項重要指標，不容忽視。通過上述介紹可以發(fā)現(xiàn)，裝配型架的功用不僅體現(xiàn)在夾緊和定位零件上，對零件的形狀控制同樣有效，可以保證零件定位準確?，F(xiàn)實應用中，飛機的零件種類較多，多數都是鈑金件，這種材質具有尺寸大、剛度小的顯著特征，因此為了提高產品裝配的準確度，要通過合理、科學措施，減少鈑金件的形變。對零件形狀來說，想要保證形狀的準確性，可以結合待裝配零件的參數要求，調整定位器的使用數量，保證工件既滿足準確的外形需求，同時兼具理想的工藝剛度。另外，焊接階段，要避免零件變形，將誤差降到最低。

1.3 型架的外形定位

飛機型架想要保證質量，還有一個關鍵的步驟，那就是外形定位件的使用，外形定位件的作用十分顯著，主要用來提升外形準確度，像卡板、內型板等都是重要的定位件。使用中，卡板和內型板的功能性比較一致，都是為了保證外形準確度達到理想狀態(tài)，除此之外，還會涉及到包絡板，包絡板的應用主要是針對部件的曲面外形，在包絡板的輔助下，曲面外形的準確度也可以合理控制。卡板及包絡板安裝位置相同，都是在部件外側，與之相反的是內型板，借助內型板可以完成蒙皮內型的定位。值得注意的是，一些特殊型架，單純依靠卡板來定位是遠遠不夠的，還需要輔助內卡板。

2 飛機壁板結構建模

隨著對飛機裝配型架研究的深入，飛機壁板的重要性逐漸顯現(xiàn)出來，飛機壁板結構特殊，想要完成高質量的飛機壁板裝配，就要從構建優(yōu)化設計入手。結合傳統(tǒng)的工藝可以發(fā)現(xiàn)，零件定位非常關鍵，需要依托型架完成，具體來說，就是要在型架上完成一系列零件定位工作，在進行此項工作時，定位器的輔助非常重要，但是在實際定位階段，經常會因為工裝結構復雜，導致定位精度一直不理想。傳統(tǒng)的裝配型架比較古板，屬于剛性結構，裝配型架和壁板的型號是對應的，一個裝配型架只能匹配一個型號的壁板，因此安裝成本高，裝配作業(yè)需要大量時間和精力。并且因為多數都是人工裝配，不僅裝配效率低，制成的孔精度同樣較低，有誤差存在，對零件的協(xié)調性危害較大。

2.1 蒙皮

蒙皮的重要性十分顯著，屬于飛機重要構成，蒙皮的穩(wěn)定性是一項重要指標，與飛機的氣動外形緊密聯(lián)系。蒙皮的定位需要借助內型板來實現(xiàn)，就目前情況看，蒙皮制造材料要求較高，為了保證蒙皮的使用效果，鋁合金材質往往是最佳的選擇，但并不是絕對的，有些飛機蒙皮還會選擇鋼或者鈦合金作為主要材質。實踐表明，在選擇好蒙皮材質和成型方法后，可以借助先進的數控機床，完成蒙皮的加工，并做好表面處理。結合蒙皮制造工藝特征可以發(fā)現(xiàn)，想要保證蒙皮的制作質量，確保蒙皮的實際功效，需要結合實際情況添加耳片，這樣便可以方便蒙皮與卡板定位，效果十分顯著。

2.2 長桁

蒙皮之后就是長桁，按照位置來看，長桁與蒙皮連接，屬于重要連接構件，起著承載的作用，和蒙皮一起承擔剪切力，這股剪切力主要是由機身彎曲引起的，由于機身彎曲，會有軸向載荷生成，并伴隨著局部氣動力，在兩者的作用下形成了剪切力，因為長桁具有承載剪切力的功效，因此屬于壁板重要零件。在實際應用中，作用顯著。為了保證長桁發(fā)揮作用，在進行結構優(yōu)化時，要結合截面形狀，判斷使用什么類型的長桁，一般分為T型、L型以及工字型長桁等。

2.3 凸緣

凸緣位于蒙皮和隔框中間，通過鉚接的方式將兩者緊密連接，凸緣在實際應用中發(fā)揮著關鍵作用，可以將蒙皮承受的力減輕，起到保護蒙皮的作用，在凸緣的幫助下，蒙皮的服役時間會比較長，機身性能可以更加穩(wěn)定，是裝配型架的核心部件，其設計和安裝質量不容忽視。作用如下：凸緣可以將蒙皮承受的載荷傳遞給鈑金框，讓鈑金框分擔蒙皮的作用力，因為鈑金框強度要大于蒙皮，所以承載效果會更加理想。與此同時，還可以起到固定隔框位置的作用，是壁板的核心構成，屬于必不可少的零件，在設計和使用中要引起注意。

2.4 角片

除了上述幾個核心構件之外，角片同樣起著關鍵作用，在應用階段，通過鉚接的方式，將核心構件長桁和隔框連接，提高結構的整體強度，讓裝配型架的穩(wěn)定性更加理想。與此同時，角片與凸緣一起可以將蒙皮的軸向力減弱，對蒙皮起到保護作用，這樣的設計可以讓飛機壁板性能更加優(yōu)越，具有理想的抗彎能力。在設計與安全階段，為了保證隔框具有理想的安裝精度，通常情況下，角片與隔框應該保證緊密貼合，并且和凸緣接合面在同一水平位置。只有這樣，才能保證角片發(fā)揮作用。

2.5 框

上文中不僅一次提到了框，隔框的位置十分重要，處于凸緣與蒙皮中間，發(fā)揮承上啟下的功效，通過框的使用，可以讓壁板抗剪能力增強，提高壁板的剛度，在框的輔助下，有效防止壁板失穩(wěn)。研究發(fā)現(xiàn)，即使在縱向載荷的強大作用下，壁板的穩(wěn)定性也不會受到影響，效果十分顯著。

2.6 壁板的組成

通過上文的分析可以知道，壁板的特點十分突出，主要體現(xiàn)在蒙皮較薄，并且分布密集。壁板的草圖如下圖1所示。

3 飛機壁板裝配方案

前文中對飛機裝配型架的壁板結構以及核心構件進行了簡要分析，通過分析發(fā)現(xiàn)，飛機壁板裝配屬于一項十分系統(tǒng)且全面的工作，涉及到的內容和環(huán)節(jié)眾多，在實際裝配階段，需要嚴格把握細節(jié)，才能將壁板零件按照設計要求裝配到位，結合現(xiàn)有的技術，完成零件定位、制孔以及鉚接等一系列工作，實踐表明，飛機壁板裝配屬于飛機裝配核心環(huán)節(jié)，重要性不容忽視。壁板裝配質量可以直接決定裝配型架的穩(wěn)定性以及服役時間，是裝配型架結構優(yōu)化的關鍵。飛機壁板的特征十分鮮明，具有尺寸大并且壁板薄的特性，結構較為復雜，裝配難度較高，對裝配精度要求非常嚴格，在實際應用中，多采用強度較高的板材來完成加工，例如：鋁合金等材質。結合現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，常采用剛性工裝，為了保證質量必須要依靠大量的夾緊件以及零件固定件，工裝沒有通用性，并且采用這種方法，制孔效率非常低，裝配精度無法保證，傳統(tǒng)裝配技術會延長飛機生產周期，而且裝配制造成本一直居高不下?；谶@樣的前提，一種先進的裝配理念被提出，數字化裝配方式是建立在數字技術的基礎上，對原有裝配手段的升級與改造，裝配零件都是結合數據模型來完成定位的，零件定位的準確率大幅度提高，與此同時，這種邊定位邊制孔的科學方式，可以將定位誤差降低并合理控制，定位精度因此得到保障。由于零件是依托數模來完成定位的，所以定位器的數量可以減少很多，這樣就簡化了工裝。在此基礎上，借助可更換卡板的最新工裝方法，可以提高裝配工裝的柔性，不僅控制了工裝的數量，降低了工裝的成本，還可以保證工裝質量，大幅度提升效率。

4 結語

綜上所述，飛機裝配型架的裝配質量尤為重要，想要保證理想的裝配效果，就要對其典型構件進行分析，研究發(fā)現(xiàn)，飛機壁板屬于核心構件，飛機壁板裝配性能可以影響飛機裝配型架的整體結構，不容忽視。在壁板裝配階段，需要綜合考慮多重要素，其中零件的定位是關鍵，可以決定壁板的裝配水平，為了強化裝配效果，提高零件協(xié)調性，需要采用先進裝配理念，將定位誤差合理控制，借助裝配仿真模型，對壁板性能全方位驗證，以此來提高裝配質量，為裝配型架的應用提供保障。

參考文獻

[1] 張正興，孫飛.前機身柔性雙工位總裝型架裝配技術研究[J].中國重型裝備，2021（1）：1-2，6.

[2] 吳冰.基于飛機裝配型架設計技術的研究[J].科技創(chuàng)新導報，2020，17（8）：2-3.