航空器研制过程与制造技术.ppt

航空航天技术博览,第八章 航空器研制过程与制造技术,第八章 航空器研制过程与制造技术,一 航空器研制过程,一种新飞机的投入使用，须经过下述四个阶段,航空器研制过程,一 航空器研制过程,飞机的技术要求是飞机设计的基本依据,一 航空器研制过程,一 航空器研制过程,总体设计确定全机主要参数，即全机重量G，发动机推力户和翼载GS(S为机翼面积)；确定飞机的基本外形，如机翼、尾翼平面形状、大致尺寸和气动布局；选择发动机；飞行性能的初步估算。如满足要求，则画出飞机的三面图；进行飞机的部位安排；确定结构型式和主要受力构件布置，并给出飞机各部件的重量控制指标。,一 航空器研制过程,结构设计在总体设计基础上，进行飞机各部件结构的初步设计(或称结构打样设计)；对全机结构进行强度计算；完成零构件的详细设计和细节设计，完成结构的全部零构件图纸和部件、组件安装图。,一 航空器研制过程,3.飞机制造过程,一 航空器研制过程,目前，随着计算机技术的迅猛发展，设计单位中大部分设计工作借助计算机辅助设计系统(CAD)来完成，包括分析、计算、构形设计，并可直接用计算机绘图、发图。已发展到CADCAM一体化，采用无图设计，只需在制造时把已储存在计算机里的全部数据传递给计算机辅助制造系统(CAM)，使整个飞机的设计和制造过程达到高度的集成化。,3.飞机制造过程,一 航空器研制过程,4.飞机的试飞、定型过程,通过试飞全面检验飞机能否确保安全，性能是否满足技术要求。把设计、制造中和试飞中出现的各种问题，通过更改设计或改进制造方法等全部排除。最后将飞机定型投入小批量生产。,一 航空器研制过程,在新飞机的研制过程中，往往须进行相当数量的科学研究和试验。为选择满意的外形须做大量的风洞试验；对用新材料(如复合材料)制作的结构性能进行某些专题研究和试验；对某些关键的结构件或结构设计方案进行必要的疲劳或损伤容限的设计研制试验，为详细设计提供数据或进行早期验证等。,4.飞机的试飞、定型过程,二 航空器制造技术特点,航空器制造涉及多个学科，包括空气动力学、材料学、航空电子学等；飞机整体结构制造技术有:高效数控加工、大型壁板的形成技术和大型壁板精确加工技术。集成的整体结构、复材构件和数字化技术，构筑了新一代飞机先进制造技术的主体框架。,飞机制造技术,树脂基复合材料构件技术,胶接结构制造技术,超塑成形/扩散连接技术（SPF/DB）,高性能航空发动机技术,先进机械连接技术,先进焊接技术,数字化的设计制造和管理技术,先进数控加工技术,精密钣金成形技术,无损检测技术,二 航空器制造技术特点,二 航空器制造技术特点,数字化的设计制造和管理技术,长期以来，飞机设计制造一直遵循着传统的二维设计、模线样板、标准样件方法，这种模拟量传递路线长，误差大，生产准备周期长，使用保管不方便，更改费时费工，成本高，弊端很大。数字化设计制造技术则完全改变了上述工作方法，它借助于计算机网络技术，采用三维数字化定义，把飞机的结构和零件全部用三维实体描述出来，并且把各种技术要求、设计说明、材料公差等非几何信息以及各结构之间的相对位置表示清楚。在此基础上进行虚拟装配，检查零部件之间是否发生干涉以及它们之间的间隙，排除某些设计的不合理性，最终形成数字样机。,二 航空器制造技术特点,数字样机作为制造依据，基本上实现了精确设计，极大限度减少了工程更改，节省了大量工装模具和生产准备时间。飞机是通过数字化模型来表达的，各阶段可共享模型数据，因此在产品设计同时，可进行CAE分析计算、工装设计、工艺设计、可制造性分析，并进行数字化传递，为并行工程创造了条件。数字化设计制造技术完全改变了原来的设计制造方法，包括标准、规范和技术体系，所以它是体系性和全局性的技术，使传统的飞机设计制造技术发生了革命性的变化。,数字化的设计制造和管理技术,二 航空器制造技术特点,西方工业发达国家飞机制造业应用数控技术始于60年代。近50年的数控技术发展中，发达国家飞机制造业中数控技术发展现状和应用水平主要体现在以下几个方面：基本实现机加数控化、广泛采用CAD/CAPP/CAM系统和DNC技术，达到数控加工高效率，建立了柔性生产线和发展了高速切削加工技术。发达国家飞机制造公司数控技术应用水平高。表现在：不仅数控设备利用率高（一般达80），主轴利用率高（95），且加工效率极高，加工周期短，劳动生产率是我国的2040倍。大型机翼整体加工件加工效率约50kg/h。,先进数控加工技术,二 航空器制造技术特点,焊接技术发展日新月异，焊接新技术不断拥现，在现代飞机制造中焊接技术的应用越来越多，例如以电子束焊接为代表的高能束流焊接技术工程应用日趋成熟，以其优质的接头性能、较小的焊接变形等特点而逐渐成为飞机某些重要构件焊接的主要方法。又如近年发展起来的搅拌摩擦焊技术，以其低于熔点塑性的连接特点，接头力学性能接近母材，能实现一般焊接方法无法焊接的高强铝合金焊接，将会给飞机铝合金结构件（如壁板、蒙皮、梁、桁等）的加工带来革命性的变化。俄罗斯和西方发达国家焊接技术发展迅速，在许多飞机型号上得到了较普遍的应用，焊接技术已成为先进飞机研制不可缺少的支撑技术。,先进焊接技术,二 航空器制造技术特点,发达国家的飞机连接装配已由单台数控自动钻铆机的配置向由多台数控自动钻铆机、托架系统配置或由自动钻铆设备和带视觉系统的机器人、大型龙门机器人、专用柔性工艺装备及坐标测量机等多种设备、不同配置组成的柔性自动装配系统发展。,先进机械连接技术,二 航空器制造技术特点,树脂基复合材料具有高的比强度、比模量、抗疲劳、耐腐蚀、成形工艺性好以及可设计性强等特点，现已成为飞机结构中与铝合金、钛合金和钢并驾齐驱的四大结构材料之一。国外干线客机用量约15，其应用水平成为飞机先进性的一个重要标志。为满足飞机上扩大复合材料应用的需求，飞机制造商在不断地完善复合材料层压板真空袋热压罐制造技术，并不断地开发高性能低成本的复合材料制造技术，如：纤维缝合技术、树脂转移模塑成形技术（RTM）、树脂膜渗透成形技术（RFI）、真空辅助树脂渗透成形技术（VARI）、纤维铺放技术、电子束固化技术及膜片成形技术等。,树脂基复合材料构件技术,二 航空器制造技术特点,复合材料构件成形技术是制造大飞机的关键。复合材料是一种由高强度、高刚度增强材料铺设在基体中构成的新型材料，具有高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性、隐身性好、抗腐蚀性等一系列优点。在飞机上采用复合材料意味着可以明显减轻飞机的结构重量，提高飞机的性能。欧洲空中客车公司的超大型客机A380，碳纤维复合材料的用量占结构总重的15%。复合材料在美国B787飞机上的用量达50%，机身和机翼部位都采用碳层合板代替铝合金，机体蒙皮结构几乎全是复合材料。,树脂基复合材料构件技术,二 航空器制造技术特点,胶接技术可用于连接不同材料、不同厚度、二层或多层结构。胶接结构重量轻，密封性能好，抗声振和颤振的性能突出。胶层能阻止裂纹的扩展，具有优异的疲劳性能，此外胶接结构制造成本和维修成本低。胶接、蜂窝胶接结构及金属层板结构在大型飞机上的应用前途宽广。,胶接结构制造技术,二 航空器制造技术特点,二 航空器制造技术特点,先进飞机钣金壁板的明显特点是蒙皮厚、筋条高、结构网格化、整体集成度大、结构刚度大和难以成形。第三代飞机和大型飞机气动外形要求严、寿命要求长，钣金件不许敲击成形，大都采用精密成形技术。在浅筋条小曲率壁板的研制生产中，采用先进的喷丸成形技术。波音的数控喷丸系统，不仅可控制成形参数，而且可预测和控制喷丸强化与抛光工序对壁板外形的影响，并研发了叶轮式数控抛丸设备。在高筋网格式整体壁板研制生产中，开发压弯与喷丸复合成形技术，发展了带自适应系统的数控压弯机。在成形设备方面，除扩大规格外，弯管、旋压、滚弯、拉形、橡皮囊液压成形、喷丸及压弯设备等均已普遍实现计算机控制，并实现了位移、载荷控制的精密化。,精密钣金成形技术,二 航空器制造技术特点,超塑成形的研究始于60年代，当时IBM用Zn22Al合金材料以两种方式（钣金成形和体积成形）来成形计算机部件，并在1965年4月申请了有关超塑成形的专利。SPF，SPF/DB构件研制中的结构形式从单层SPF构件到SPF/DB双层板、三层板、四层板等，层数越来越多，构件尺寸越来越大，形状越来越复杂。,超塑成形/扩散连接技术（SPF/DB）,二 航空器制造技术特点,无损检测为产品提供内部质量信息，既可作为产品评价的依据，也为工艺分析提供参考信息。西方国家非常重视无损检测技术研究，并开发了许多先进的无损检测设备。,无损检测技术,二 航空器制造技术特点,二 航空器制造技术特点,高性能航空发动机制造技术呈现以下发展趋势：（1）轻量化、整体化、新型冷却结构制造技术向低成本、高效率方向发展；（2）新材料构件制造技术出现较大突破；（3）新工艺技术成为现代航空发动机发展的重大关键制造技术，并得到广泛应用；（4）在传统制造技术基础上发展起来的先进制造技术已成为支撑现代制造业的骨架和核心，以信息化带动传统制造业，企业信息化工程得到长足发展。,高性能航空发动机技术,二 航空器制造技术特点,飞机装配是整个飞机制造过程的龙头，飞机装配技术是中国飞机制造过程中最薄弱的环节，这项复杂的系统工程，涉及飞机设计、工艺计划、零件生产、部件装配和全机对接总装的全部过程，有4个关键技术:简易型架装配技术、自动化铆接技术、先进定位装配技术和装配过程的数字化仿真技术。,二 航空器制造技术特点,数字化网络协同研制环境，是大飞机制造的发展平台，应用数字化技术，可以使飞机研制总装的周期大大缩短。数字化飞机制造过程的实质是一个产品数字建模、数据传递、拓延和加工处理的过程，最终形成的飞机产品尤其是大飞机，可以看作是数据的物质表现。美国波音公司首先实现以无纸作业的数字化样机为手段，开发了新一代先进的波音777客机，使其提前一年投入市场。洛克希德马丁公司在新一代联合战斗机JSF研制中，广泛应用数字化技术，使飞机总装一次完成，制造成本降低50%，研制周期从原来的42个月缩短至24个月。,二 航空器制造技术特点,飞机制造技术正沿着生产工艺依赖经验型向工艺模拟、仿真、实时监控、智能化制造方向发展；零件加工成形连接技术向增量成形、高速切削、高能束加工、精密成形等低应力、小变形、长寿命结构制造方向发展；从单个零件制造，向整体结构制造技术及近无余量制造技术发展；飞机制造技术从手工劳动、半机械化、机械化向数控化、柔性化、自动化技术方向发展；从一般铝合金结构向钛合金为代表的高性能轻合金结构、复合材料结构制造技术方向发展；向材料制备与构件成形同时制造发展；制造技术向信息化、数字化及设计、制造一体化方向发展。,Thank You!,飞机工艺教研室,