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惯性导航系统分析讲解
西安航空学院
本科毕业设计(论文)
题目:
某型飞机翼肋中段装配型架
设计与装配工艺仿真
学院:
飞行器学院
专业:
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指导教师:
二〇一六年六月一日
学士学位论文原创性声明
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期:
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作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
某型飞机翼肋中段装配型架设计与装配工艺仿真
摘要:
飞机装配型架是飞机装配过程中的生产工艺装备,其主要功用是保证产品准确度与互换性,提高劳动生产率和减轻工人劳动强度,减少生产所需成本[1]。
装配型架结构的设计是否合理,不仅影响到装配型架本身制造过程中的工作量大小、制造周期的长短、生产成本的高低,还对装配过程中各工件的对接、配合尺寸的协调一致,对飞机装配的互换协调性、制造质量和进度有很大影响,从而直接影响到整个飞机的制造周期。
本文通过对翼肋中段组合件的结构及工艺性进行分析,编制相应的装配工艺规程,根据翼肋中段组合件的装配工艺特点设计了对应的装配型架,最后结合翼肋中段组合件的结构特点,根据设计的装配工艺规程,利用三维设计软件UG对翼肋中段组合件及装配型架组件进行建模,并对其装配过程进行了仿真模拟。
关键字:
翼肋中段;装配型架;仿真模拟
TheMiddleWingRibofAnAircraftFrameAssemblyDesignandAssemblyProcessSimulation
Abstract:
Aircraftassemblyfixturesaircraftassemblyprocessproductiontechnologyandequipment,anditsmainfunctionistoensureproductaccuracyandinterchangeability,improvelaborproductivityandreducelaborintensityandreducetherequiredproductioncosts.Assembly-framestructuredesignisreasonable,notonlyaffecttheassemblyjigmanufacturingprocessitselfworkloadsize,length,lowproductioncostmanufacturingcycle,butalsototheassemblyprocessofeachworkpiecedocking,coordinatedwiththesize,coordinationofexchangeofaircraftassembly,manufacturingqualityandprogresshaveasignificantimpact,whichdirectlyaffectthemanufacturingcycleoftheaircraft.Basedonthestructureandprocessoftheribinthemiddleassemblyforanalysis,preparationofthecorrespondingassemblyprocessplanning,accordingtotheassemblyprocesscharacteristicsribmiddleassemblydesignedcorrespondingassemblyjig.Finallyribsmiddleoftheassemblystructurecharacteristics,accordingtotheassemblyprocessplanning,theuseofthree-dimensionaldesignsoftwareUGmiddleoftheribassemblyandassembly-typeframeassemblymodelingandsimulationsimulateitsassemblyprocess.
KeyWords:
Middlerib;AssemblyJig;Simulation
1绪论
1.1课题研究的背景及意义
飞机是最常见的飞行器,在人们的日常生活中扮演着相当重要的角色。
飞机机体的主要组成部分有机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置等,各部件又由更小的装配单元装配而成。
机翼是飞机升力产生的主要来源,机翼结构可分解为翼梁、纵樯、翼肋、长桁、对接接头和蒙皮等部分。
翼肋在机翼结构中的主要作用用来维持翼面形状和提高蒙皮、长桁承压的能力。
翼肋中段组合件的装配在飞机机翼的装配过程中有相当重要的地位。
飞机装配型架是飞机装配过程中的专用工艺装备,对飞机装配的互换协调性、制造质量和进度有很大的影响[1]。
结构设计合理的装配型架能让工作者处于良好的工作环境,使他们方便、准确的工作,从而使飞机装配的工作周期缩短,装配效率提高。
本文通过对翼肋中段的结构及工艺特性进行分析,根据其结构特点以及结构特性设计了翼肋中段装配型架结构,利用三维设计软件进行建模及仿真,从而实现装配型架的计算机辅助设计。
1.2国内外研究情况
我国航空工业主要沿袭前苏联的组织生产模式,飞机装配也不例外[1]。
装配型架传统的设计方法一般是通过设计人员手工绘图来进行的,所以对设计人员的专业素养要求较高,而且传统的设计方法使得型架设计的质量难以得到保证,而且培养一个成熟的型架工艺设计人员需要较长的周期。
从装配型架整体方案的制定,总图、零件图的绘制到技术文档的编制都需要花费较长的时间,这使得型架设计成为飞机生产装配工作中的难关。
在型架刚开始设计时很难判断方案是否符合实际生产工作的需求,所以在生产制造过程中很容出现返工的情况,从而重新设计和制造装配型架。
我国如今在型架的快速设计方面已经有了一定的研究,基本实现了无纸化设计,但是数字化装配还停留在研制阶段,需要进一步的研究[2]。
发达国家在20世纪六七十年代就已经开始研究数字化设计和制造技术在航空领域的应用。
其中,CATIA已成为各个国家航空工业标准的CAD软件系统。
其供应商达索公司还可以根据用户的需求提供高度个性化的服务,提供开发的软件培训模块,以及专用的软件平台特定的用户。
波音,空客等航空企业都在数字化设计中投入大量资金和科研生产,并取得了显著的技术进步和经济效益,市场效率和企业的整体效率都有所提高。
由于上述技术的使用和不断进步,使得新型飞机的研制费用和周期都大幅度减少,但是空客等公司在进行智能工装设计的方面很少对外公布,所以这部分的资料近乎为零[3]。
1.3本文的主要内容以及课题研究方法
本文中将飞机整体结构进行工艺分解,主要对某型飞机翼肋中段组合件的结构特点以及装配工艺进行分析,编制相对应的装配工艺规程,根据装配工艺规程设计其相对应的装配型架;本文内容主要涉及三方面,一为翼肋中段组合件的结构特点,二为翼肋中段组合件装配型架设计,三为翼肋中段组合件与装配型架装配工艺仿真。
从第二章开始具体剖析飞机机翼的结构组成,并着重分析翼肋中段组合件的结构特点;第三章开始阐述翼肋中段组合件的工艺性分析;第四章编制了相应的装配工艺规程;第五章对装配型架进行设计;第六章利用UG软件对翼肋中段组合件及装配型架各组件进行建模;第七章使用UG软件对翼肋中段组合件的装配工艺过程进行了仿真模拟。
2飞机结构分解
2.1飞机结构大部件分解
一般飞机先由零件组装成结构比较简单的组合件和板件,然后依次装配成结构较为复杂的段件和部件,最后将各部件进行总装构成整架飞机[4]。
根据飞机使用、维护以及生产工艺上的要求,整架飞机的机体可分解成许多大小不同的装配单元[4]。
如某型飞机的部件包括前机身、后机身、机翼、襟翼、副翼、水平尾翼、垂直安定面、方向舵、前起落架和主起落架等,如图2-1所示为某型飞机大部件分解示意图。
有些部件由于生产工艺需要将其分解为段件,有的段件还需要再分解成板件[5]。
图2-1某型飞机大部件分解示意图
1-前机身2-后机身3-机翼4-襟翼5-副翼6-水平尾翼7-垂直安定面
8-方向舵9-前起落架10-主起落架
由于部件功能上有所不同,因此会有不同的结构,如机翼和机身功能不同,所以就将它们设计成两个分开的部件;由于发动机一般都安装在机身之内,所以为了便于更换、维护及修理发动机,就把机身结构设计为前半段和后半段;舵面相对于固定翼面需要做相对运动,因此将其设计为单独部件。
另外因使用上的需要,在某些部位需要设计由可卸件,以便于维护、检查及装填用,如各种检查、装填舱口等[6]。
2.2机翼结构分解
机翼是飞机的重要部件之一,结构上与机身相连。
其主要作用是产生升力,还起到一定的稳定飞行姿态和操纵飞行方向的作用。
在机翼内不但可以设置弹药仓与油箱,而且在飞行过程中还可以收藏起落架。
此外,在机翼上还装有改善起飞和着陆时性能的襟翼和用于飞机横向操纵的副翼,有时还在机翼前缘设置有缝翼等增加升力的装置[7]。
由于飞机是在空中飞行的,因此在很多方面的要求与普通机械相比就有着很大的不同。
飞机的各个组成部分要求在能够满足结构强度和刚度的情况下要求尽可能的轻,机翼当然也不例外,而且机翼是产生升力的主要部件。
一般情况下,飞机的发动机在机翼上或机翼下安装,因此机翼就需要承受比较大的载荷,此时机翼也就需要有更好的结构强度来承受这巨大的载荷,同时也要求材料提供较大的刚度来确保机翼在受到巨大载荷的作用下不会产生大的变形。
机翼在结构上由翼梁、纵樯、翼肋、长桁、对接接头和蒙皮组成[8]。
如图2-2所示:
图2-2机翼结构分解图
1—翼梁2—前纵墙3—后纵墙4—普通翼肋5—加强翼肋
6—对接接头7—蒙皮8—长桁
翼梁包括主梁、前梁、前墙和后墙。
主梁由铬锰硅镍合金钢轧制件轧制而成,为工字形变截面梁,是机翼结构的主要承力构件,它承受机翼结构上全部或大部分弯矩和剪力。
前梁由根、中、梢部三段组成,也是机翼的主要承力构件之一,与主梁一样由铬锰硅镍合金钢轧制成,为工字形变截面梁;前墙用来加强机翼前缘,截面为槽形,分为两段前半段由硬铝型材制成,后半段由硬铝板材制成;后墙处参与受力外,还用来安装襟翼和副翼[9]。
纵樯在结构上与翼梁相似,根部与其他部分通过铰接的连接方式连接。
纵樯基本不承受弯矩,腹板承受剪力并传递到接头上,当其与蒙皮连接在一起以后就需要承受来自于翼面上的扭矩。
此外纵墙对蒙皮有一定的支持作用,并提高蒙皮的承受载荷的能力。
靠近机翼后缘的纵樯还可以连接上襟翼和副翼。
长桁是机翼的纵向构件,其材料一般为铝合金,外形通过工具弯制而成,与蒙皮的内面接触并铆接在一起,来支撑蒙皮以达到提高其承载能力的目的,并能把蒙皮所承受的部分气动力载荷传递给翼肋。
翼肋最主要的作用就是是保持机翼的截面外形,提高蒙皮和长桁的承载能力。
某些加强翼肋可以起到传递扭矩的作用。
蒙皮在机翼上的主要作用是构成机翼的外部形状,有时蒙皮可能还会承受部分的的弯矩和扭矩。
机翼蒙皮一般由超硬铝制成,厚度为1.5~2.5mm。
2.3翼肋结构分解
翼肋的主要作用维持机翼的正常截面形状,提高蒙皮、长桁在受到外部压力时的稳定性。
某些加强翼肋在受力中能起到传递部分扭矩的作用。
翼肋根据其作用的不同可以分为:
普通翼肋和加强翼肋两种。
普通翼肋的功用是:
构成机翼并使其保持规定的翼面外形;翼肋把蒙皮和桁条传递到自身的局部空气动力传递到翼梁腹板上,并把由于部分空气动力而产生的扭矩通过铆钉再传递到蒙皮上;结构上与蒙皮、桁条、翼梁腹板相连,从而提高它们的稳定性与承载能力等。
加强翼肋不仅有普通翼肋的基本作用,还能承受并传递较大的集中载荷;在开口边缘处的加强翼肋,还会把扭矩集中起来并传送到翼梁[10]。
腹板式普通翼肋一般用铝合金板制成,翼肋腹板上的弯边一般与蒙皮、翼梁腹板铆接。
边缘弯边和与它铆接在一起的蒙皮,起到翼肋结构上的缘条的作用即承受弯矩,翼肋的腹板则承受剪应力。
一般情况翼肋的腹板,为了减轻翼肋的重量,腹板上一般都开有减轻孔,副翼、襟翼的传动部件一般都从减轻孔中间穿过。
为了提高腹板的稳定性,开孔处一般情况下压成卷边,有时候腹板上铆接上加强支柱或者设置凹槽。
腹板式加强翼肋的缘条,材料是铝合金型材。
为了能够承受较大的集中载荷,加强翼肋的腹板一般比较厚,有时候还采用双层腹板,或者在腹板上用支柱进行加强。
腹板式翼肋的基本结构组成有腹板,上下缘条,减轻孔,角材零件等;按照架构可以分解为翼肋前段、中段、后段三部分[10]。
如图2-3所示:
图2-3腹板式翼肋结构示意图
1—腹板2—周缘弯边3—与翼梁腹板连接的弯边4—减轻孔
A—前段B—中段C—后段a—上部分b—下部分
8总结
本文通过对翼肋中段组合件的结构工艺进行分析,编织其装配工艺规程,根据其组合件的结构工艺特点及装配工艺规程设计了一套其特有的工艺装备----翼肋中段装配型架,并利用三维设计软件UG对翼肋中段组合件的单元体以及装配性架的各部分组件进行三维建模。
最后根据其装配工艺规程对翼肋中段组合件的装配过程进行了仿真模拟。
由于本人能力有限,本文中只是设计了简单的装配型架,在实际型架设计中不仅要设计组件,还要对其刚度进行验算以及型架基础计算。
在飞机的装配过程中,装配型架扮演着相当重要的角色,装配型架的设计与制造的周期对飞机装配周期有着相当大的影响。
如今以各种技术为核心的飞机装配型架的快速设计研究也有了一定的进展。
相信随着我国科学技术的进步,我国的装配型架的快速设计也会取得很大的进步。
参考文献
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致谢
在这次毕业设计的过程中我遇到了在之前理论知识学习过程中从未有遇到过的问题,但是解决问题的过程就是自我学习与提高的过程。
在完成本次毕业设计的过程中,我从图书馆里查找到了很多与本次毕业设计相关的书籍,通过上网查阅了大量的资料,并在老师的热心指导下,克服了我专业知识匮乏的困难。
从一开始的开题报告到论文大纲,再到现在的论文完成,曹老师一路上对我一遍遍指导,严格把关,循循善诱。
曹老师严谨的治学态度、无私的奉献精神让我深受启迪。
在曹老师的悉心指导下,我不仅学到了扎实的专业知识,顺利完成了毕业设计,也学到了做人的道理。
在此我要向我的指导老师曹老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。
衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位教授、老师!
宋渊博
二O一六年六月于西安
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