大型客机机身结构设计中自动化装配技术的应用研究

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1、．．I!!．．2j：．．＆。。巡。!；巡。。l。：大型客机机身结构设计中自动化装配技术的应用研究ApplicationofAutomaticAssemblyTechnologyinLargeAircraftFuselageStructureDesign程凯研究员．毕业于西北工业大学飞机系．长期从事飞机结构设计工作，目前在上海飞机设计研究院参加ARJ21-700，C919飞机的研制工作。目前，大型客机(C919飞机)已经通过初步设计评审，进人详细设计阶段，飞机总体设计要求以及结构初步设计方案已经确定，其中大型客机总体设计目标中有关结构设计方面的技术总要求主要包括以下内容。40航空制造技术-20

2、11年第22期上海飞机设计研究院程凯大型客机在可行性研制初期对结构装配就提出了自动化装配的需求，随着项目的逐步深入，在结构设计中进一步明确了采用自动化装配的要求；同时在设计阶段从设计流程、产品数字化设计等方面为自动化装配技术的实现奠定了良好的基础：同期开展的关键技术应用研究工作，为自动化装配技术的实现提供了有效的技术途径。(1)适航要求。满足申请之日有效的中国民用航空局(CAAC)相关适航要求，同时满足美国联邦航空局(FAA)、欧洲航空安全局(EASA)适航要求以确保安全性。(2)寿命要求。采用损伤容限设计准则，经济服务寿命不低于90000飞行小时／60000飞行循环(飞行起落)／30日历年

3、；腐蚀保护应有很高的品质。对如厨房、盥洗室和货舱下的结构的易腐蚀区域的保护应额外关注。(3)重量要求。充分考虑采用先进的结构形式、先进材料体系和制造工艺，减轻飞机结构重量。每座制造空重应较目前运营中的同级别飞机低1％～2％。(4)材料要求。先进轻质材料(包括复合材料、铝锂合金、钛合金等)用量不应低于飞机结构重量的25％～35％。与国外竞争机型(A320、波音737飞机)对比，在设计目标和技术。。地。!。业。Q!。：．．12i．．il：．．；盛．要求上有了较大的提高，但是要实现以上的研制目标。需要在设计、制造等方面采用大量的新技术、新材料和新工艺，其中自动化装配技术就是保证飞机结构装配质量、提

4、高机体结构疲劳寿命、加快研制进程的一条有效途径和方法。国内外应用现状近年来，以波音777、A380、波音787为代表的民用飞机体现了大型民用飞机数字化设计，制造技术的现状和发展趋势，从波音777飞机研制开始全面采用了基于产品数据管理PDM系统(目前大型客机采用VPM系统)的数字化产品定义(DPD)、数字化预装配(DPA)等技术实现了飞机数字化设计，同时采用基于PDM系统的单一产品数据源(SSPD)数字量尺寸协调体系，实现了自动制孔、自动钻铆、装配检测、数字化装配管理等自动化装配技术，满足了大型民用飞机长寿命、高可靠性、低成本和高效率制造的研制要求。在国内飞机设计中已经逐步采用了基于PDM系统

5、的数字化设计技术，目前大型客机在设计过程中已经明确要求采用基于VPM系统的模块化MBD设计技术，实现飞机全三维数字化设计。但是在制造方面，数字化技术的应用仍处于起步阶段，尤其是飞机装配技术和组织管理方式基本上还沿用20世纪六七十年代前苏联的传统方法，总体上数字化技术不配套，各环节存在信息孤岛，制造周期长，装配协调环节多，无通用性且成本高。现阶段飞机自动化、柔性化装配技术及其相关的管理方法已经成为我国大型民用飞机研制必须解决的关键技术。本文结合大型客机机身结构设计特点和要求，针对C919飞机机身结构研制中采用的自动化装配技术进行了初步的应用研究。大型客机机身结构设计及其自动化装配需求1机身结构

6、设计特点大型客机机身典型结构是由壁板、客舱地板、货舱地板、框、门框等部件组成的半硬壳式结构，后压力框以前结构采用金属结构，后压力框及后机身采用碳纤维复合材料结构。大型客机机身结构由机头、前机身、中机身、中后机身(分前段和后段)、后机身组成，其中机身24框为机头与前机身工艺分离面，37框为前机身与中机身工艺分离面，47框为中机身与中后机身工艺分离面，66框为中后机身前、后段工艺分离面．72框为中后机身与后机身工艺分离面。大型客机机身结构具有以下特点：(1)结构尺寸相对国内研制飞机有较大的增加：大型客机机身结构总长度38960mm，宽度为3960mm，高度为4166mm，其中机头长度为7378m

7、m，前机身长度为6903mm，中机身长度为4980mm，中后机身长度为13241mm，机身长度为6458mm，如图1所示。(2)国内第一次在一个完整的机身段(后机身)采用碳纤维复合材料结构。(3)采用基于VPM系统的全三维数字化设计技术。(4)由于承载特点和使用要求的不同．机身壁板等结构件在设计中往往会选用数量较多的不同直径(最大直径超过8ram)的铆钉连接。2研制需求由于大型客机在设计目标(长寿命：经济服务