大型飞机大部件数字化对接计算机仿真技术

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1、大型飞机大部件数字化对接计算机仿真技术ComputerSimulationTechnologyofDigitalAlignmentofLargeSizeAircraftLargePart中航工业北京航空制造工程研究所蒋倩侯志霞梁雪梅李光丽申望蒋倩高级工程师，主要从事飞机数字化柔性装配技术研究。大部件数字化对接是采用产品数字化定义技术、数字化测量技术、数字化模拟仿真技术、数字化定位技术以及数字化集成控制技术等多学科先进技术，使飞机大部件基本实现无人工干预的自动对接。数字化对接系统主要由激光测量系统、数控定位器和集成

2、控制系统组成(图1)，机翼对接仿真模块已经在大型飞机外翼与中央翼的自动化对接中得到成功应用和验证，与以往对接方式相比，计算机仿真技术的应用使数字化对接体现出明显优势，在对接质量和对接效率上都有了很大提高，对加快飞机研SUSn批量生产都将起到重要作用。采用数字化对接系统、不仅可以大幅这种技术⋯。度提高装配质量，缩短装配周期，还可以适应不同尺寸的机翼机身结构，其通用性强，可节省装配工装，降低生产成本。国外新一代军民机如F一22、F一35、波音737—800、波音787、空客A380、空客A400M等的大部件对接都采用

3、了{踪仪图1数字化对接系统2013年第22期·航审制造技术87计算机仿真技术在大部件对接中的作用和意义飞机大部件对接是飞机总装阶段的主要工作内容，其对接质量的好坏在很大程度上决定了整个飞机的质量。是飞机制造中的关键环节【2】。由于大型飞机部件对接区尺寸大、形状复杂，特别是外翼与中央翼的对接，不是简单的面与面的贴合对接，而是外翼的一端要插入到中央翼中，属于曲面套合对接，间隙余量非常小，如果事先不进行对接路径规划和仿真，要快速、准确对接人位，几乎是不可能的事，甚至还会损坏产品对接区，造成产品报废。即便是左右翼都对接入

4、位了，如果最后的目标姿态评估检查不合格，也会影响整个飞机的质量，因此，为了提高对接装配质量，基于数字化虚拟样机的计算机模拟仿真技术起了关键作用，它可以在飞机实际对接前进行对接装配过程的动态虚拟仿真和可装配性分析，优化对接路径，并对虚拟装配后的机翼姿态进行评估，再调姿优化机翼姿态，为实际对接提供最佳路径和最优姿态，这对高质量、高效率、低成本地完成大部件对接装配至关重要。机翼对接调姿轨迹规划与仿真当中央翼已经定位，各定位器沿翼展方向远离中央翼，外翼吊装至4台定位器上方，通过工艺接头与定位器相连，外翼脱离吊装系统，这时

5、外翼的位姿就是对接前的起始位姿，机翼对接人位后的位姿就是目标位姿，通过开发机翼对接仿真模块，真实地模拟这一装配对接过程，进行可装配性分析和调姿优化，机翼对接仿真模块工作流程见图2。1仿真虚拟环境的建立借助CATIA这个主机厂所共用的软件平台，通过CATIA二次开发工具CATIAV5AutomationAPI进行软件开发，在CATIA高品质的可视化虚拟仿真环境中进行仿真(图3)。88航空制造技术·2013年第22期2数据准备机翼数字化对接的计算依据主要是设计提供的中央翼和外翼上的理论水平测量点，但大型飞机的机翼很长

6、，机翼由于自身重力翼尖下垂得非常厉害，即使有4台定位器的支撑，理论数模与实际情况也相差很大。因此，首先应对在此状态下的机翼进行有限元变形分析，变形分析后的水平测量点才可作为计算依据；在某些情况下还要为这些水平测量点分别加上权重参数。机翼变形分析l／l＼、’一，，+上、机翼水平(专黼0(瑞喾0测量点L厂弋’l起始位姿ll目标位姿l◇坦j习：渊．．．．．．．一l暴举蔷鋈篓l生成往返和跟机踪．进行机翼翼对接运动仿真对接大仿真模块关键点位姿I＼<三／1Ntl左翼有翼ll对接完成I0／＼／唾态评俞＼＼道查合够／＼／‘Y生成

7、机翼对接过程关键位姿‘调姿机构运动轨迹规划＼／’I定位器ll伺服驱动I’机翼实际对接图2机翼对接仿真模块工作流程二土二ii篷!幽E￡世Q盟塑型塑壁奎生黑曙觯黑鼎舅——黑’卿。^9D1】odlLⅡ1。1粤翼位置(不改变姿态)的办法避免干-▲：涉，得到外翼对接入位的运动轨迹●●新扫插曲面触建立；(图6)。篓鞫一；．二是黑，L．一，-”“t一_It生生蔓，+皇心曼!·!宴t璺．～．_·～一一+一——皇—皇～——一生二图3机翼对接仿真模块界面为了有效地监测机翼对接过程中对接区的干涉情况，在机翼对接前的起始位姿时，由激光扫

8、描仪扫描对接区，生成机翼对接区曲面数模，由激光跟踪仪测量中央翼及外翼上的水平测量点，将这些测量数据作为机翼对接仿真模块的输入。3在装配测量坐标系下的位姿计算与显示对现场实测水平点与变形分析后的测量点通过最佳拟合算法即可求得装配测量坐标系下的目标位姿。4目标位姿的静态干涉检查与调姿将中央翼与外翼对接区扫描曲面数模在装配测量坐标系下按计算的目标位姿在CATIA图形屁示区放图4