数字化技术在大型雷达天线罩生产中的应用

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1、中国航空学会2007年学术年会制造专题54数字化技术在大型雷达天线罩生产中的应用白树城嵇培军温磊张华姜健北京航空材料研究院，北京，100095摘要针对大型雷达天线罩的设计要求，在研制生产中应用了数字化技术，说明了数字化技术对研制生产这类大型复合材料构件重要意义。关键词大型雷达天线罩数字化1引言随着全社会各行各业的数字化水平快速提高以及各种资源相互借鉴、利用、整合，有力地推动着复合材料构件数字化技术的快速发展。复合材料产业数字化技术正处在全面深入发展阶段。复合材料构件产品的实现过程一般包括：外形数模建立、结构功能设计、生产装配工艺设计、工艺实施

2、、质量（包括寿命）验证、装配使用至使用监控。波音公司和空客公司在复合材料构件应用方面正在全面向数字化方向迈进，基本策略是：在材料方面，制订适合本公司的材料规范标准，许多材料供应商努力研发相应材料，使之达到规范标准要求并形成稳定批量供货，设计输入也有了可靠依据。当然，随新机型出现的新的设计输入牵引着新标准的出台、新材料的研发；在设计软件方面，已有综合性很强的软件在广泛应用（如Catia，Unigraphics，pro-Engineer，MSC，FiberSim等），可以实现复合材料构件实现全过程的仿真模拟；在硬件方面，国外已生产出多种数字化复合

3、材料构件生产设备如切割机、激光对位仪和跟踪仪等，且正向成套方向发展，保证了制造环节能严格实现设计思想，使整个复合材料构件应用过程实现了无图纸操作，缩短了复合材料构件的研发周期，全面提高了复合材料构件在飞机上的应用水平。本文对笔者所在的研究团队将数字化技术应用于研制生产大型雷达天线罩的情况进行了简要叙述。大型雷达天线罩为一大尺寸的C型蜂窝夹层结构，其内、中、外三层蒙皮和两层蜂窝均是变厚度的，其结构异常复杂，且设计提出了高精度要求。要想满足构件的设计要求，除所用原材料控制在要求标准范围外，工艺过程控制极其关键。工艺控制的铺层要保证每一裁片单元要按

4、设计规定的位置和方向公差范围进行铺放，这就要求裁片角度及边界要准，另外是铺放要准，而使用数字化技术是达到这些要求的有力保证。通过使用数字化技术，使该雷达天线罩的生产水平大大提高，表现在单件生产周期缩短44%，产品质量能够精确控制，保证了产品的可互换性和应用安全。2大型雷达天线罩的主要设计要求2.1总体要求2总体尺寸为长12m，高3.7m,宽2.4m，表面积56m，重量800kg。接口区内形面精度-0.5mm~1mm；接口区外形面精度±1mm；外形型面精度±3mm。构件剖面为变厚度蜂窝、变厚度蒙皮构成两个不对称的A型夹层组成的“C”型夹层结构。

5、各层厚度及总厚度控制在相应厚度10%以内。2.2预浸料铺层要求1中国航空学会2007年学术年会制造专题54设计对各层蒙皮的预浸料类型、铺层位置（±3mm）及铺层方向（±5°）的误差范围进行了严格规定，见图1，预浸料铺层搭接宽度为5mm～10mm。对两层蜂窝厚度、铺层位置（±2mm）的误差范围进行了严格规定，见图2。图1雷达天线罩预浸料铺层要求3大型雷达天线罩生产数字化实现过程3.1基本工艺过程内蒙皮铺层→预压实→组装蜂窝→第1次固化→中蒙前半部分皮铺层→预压实→第2次固化→中蒙后半部分皮铺层→预压实→组装蜂窝→第3次固化→外蒙铺层→工艺组合→

6、第4次固化→脱模→罩体总体尺寸测量→罩体称重→罩体型面测量及厚度测量→打孔→贴接防雷击分流条→修整罩体，喷漆前准备工作→喷漆→检测报告→交付。成型模具为整体阳模。2中国航空学会2007年学术年会制造专题54图2蜂窝铺层图3.2裁片的确定按雷达天线罩的3D数模（Pro/e）及设计铺层要求，编制了计算机程序进行计算，得到了每层蒙皮中每层预浸料在每一位置的样板，总计97块，见图3。这些工作是在十年前做的，现在可方便采用3D展成2D软件（FiberSim）,设计出每层的各块裁片边界及铺层对位切口。图3大型雷达天线罩预浸料下料样板3.3预浸料裁剪大型雷

7、达天线罩预浸料仅主体铺层区的样板数量为97块。为了保证天线罩的质量和罩体间的可互换性，必须对预浸料的裁剪和铺层严格规定。在开始研制大型雷达天线罩的十年前还没有购买自动裁剪机，当时只能手工裁剪预浸料。由于样板数多，尺寸大（一般长8m左右），如都按普通方法制成铝板或玻璃钢样板，将消耗大量样板材料，放置及使用不便。为此将这些样板按一定错位统一绘制在一起，置于裁剪平台上并盖上透明玻璃板。使用样板时先在玻璃板上描出，由于预浸料半透明，放在玻璃板上能清楚地看到样板边线可进行裁剪，见图4。大型雷达天线罩的预浸料裁剪采用法国力克公司PHOSPIN自动裁剪机（

8、图5），该系统切割精度大于0.1mm，激光定位精度为0.01mm，重复定位精度大于0.005mm，最大预浸料裁剪尺寸：11ｍ×1.8m，3中国航空学会2007年学术