基于飞机发动机数字化对接安装工艺研究

杨洋　罗宇　陈军

摘要：数字化技术在飞机发动机装配中的应用提高了对接安装的精确性和可操作性，为此本文研究飞机发动机数字化对接安装工艺，介绍数字化对接安装工艺优势、工艺构成、工艺难点，并给出数字化对接安装规划设计方案。总结飞机发动机数字化装配经验，供相关人员参考借鉴。

关键词：飞机发动机;数字化装配;对接安装

0  引言

对接安装作业位于飞机发动机装配的末端，安装质量在一定程度上决定了飞机运行的安全性和稳定性。相较于飞机发动机研发，有关发动机装配的技术水平比较滞后。数字化技术的发展和应用给发动机装配技术创新带来新的切入点，有必要对相关工艺进行研究。

1  飞机发动机数字化对接安装工艺优势

首先，数字化对接安装工艺采用激光测量系统，定位飞机发动机的位置和形态，对比分析后再以站位控制系统将发动机调整到指定位置。基于数字化技术的对接安装平台及调整定位装置的精确度极高，有效规避传统对接安装过程中需反复手动调整发动机位置的麻烦，实现快速、精准定位。其次，飞机发动机数字化对接安装平台中设置电动机构，发动机位置及姿态的调整依靠专门的数字化调整装置及定位装置完成，大大减轻作业人员的工作强度，安装对接工作自动化水平明显提升，节约人力资源成本[1]。最后，数字化对接安装在精准测量的状态下进行，不涉及传统装配过程中依靠人眼及工作经验进行操作的过程，装配误差被控制在最小范围内，发动机装配质量和效率更高。

2  飞机发动机数字化对接安装工艺构成

2.1 激光测量系统

激光测量系统由T-CAM、T-PROBE激光跟踪仪、联合控制器、定位器等专业设备构成。系统配备多种测量计算方式，如直线拟合、椭圆拟合、投影测量等，得到全面、多角度的测量数据。激光测量系统的运行原理为，测量仪发出激光照射被测量对象，根据照射反馈出的光学信号及标准光轴偏差角度，计算被测量对象与测量点之间的真实距离，以此来对目标进行调整。激光测量是飞机发动机数字化安装对接的第一步，系统与集成管理中心相连接，在接收到系统指令后，激光测量系统依照指令要求自动测量飞机发动机导轨。在定位到适当安全角度后，再将测量结果传输回集成管理中心。若测量过程因外界干扰而产生较大的误差时，系统自动报警提醒现场人员及时进行处理，以便得到最精确的数据反馈信息。

2.2 脉动生产线集成管理系统

脉动生产线集成管理系统能够将激光测量系统、站位控制系统、数据库等子系统相整合，以对飞机机身、发动机及其他大型构件的位置和形态进行调整。该系统是飞机总装脉动生产线的中心，对其他子系统的运行状态进行监督和调控，以保证飞机装配过程高效、顺利进行。集成管理系统接收来自激光测量系统的真实数据，依照系统内设标准对数据进行分析，向对接安装平台下达指令，调整发动机位置及方向。若发动机达到指定位置，系统结束调整任务，若不符合要求，继续调整直到发动机满足对接安装的要求。作业人员可通过系统人机交互界面，对装配过程进行监督，监控系统发出的警报信息及异常信号。

2.3 数字化装配平台

数字化装配平台完成各项装配操作。数字化对接安装工艺流程中的装配平台相较于传统平台新增以电力驱动的链条传动装置，在提高发动机装配精确性的基础上，减轻作业人员工作压力。在实际工作中，数字化装配平台需根据装配机型进行量身定做，借助发动机数字化调整装置，对发动机位置、姿态进行自动调整，保证装配过程安全性和精确性。

数字化安装流程为：第一，飞机整机调姿。第二，发动机调姿安装。将发动机吊装至指定调整位置并固定。激光测量系统与集成管理中心协同作业，计算当前发动机姿态调整所需的参数。管理中心依照得出的数据，向数字化装配平台中的调整装置下达调资指令，改变发动机方位。作业人员启动驱动按钮，传动系统将发动机向指定位置推进，进入接近发动机固定支架时，配合手摇方式进行慢速推进直至发动机达到指定位置[2]。固定发动机，集成管理中心向各子系统下达安装完毕指令，子系统恢复到初始状态，完成安装操作。第三，安装后检查。对发动机姿态的精确度进行检验，并进行通电检查，确保发动机装配达到相关技术要求。

3  飞机发动机数字化对接安装工艺难点

飞机发动机装配作业系统化程度非常高，装配过程复杂，在装配过程中涉及到大量的零部件。由于发动机装配质量直接关系到飞机发动机性能的发挥及运行安全，因此对其装配过程的要求非常严格。装配过程中各道工序必须充分协调、联系，以此来保证发动机装配质量。在部分飞机发动机装配项目中，装配顺序非常灵活，以往采用人工装配的方式需要涉及到较多的作业人员，工序繁杂，受到人员行为、作业环境等因素的影响，发动机安装位置及姿态误差过大、需反复调整、发动机与机身结构相磕碰的问题时有发生，导致飞机发动装配进度及质量受到严重影响。飞机发动机装配过程带有离散性、小体量等特点，近年来飞行设备不断发展革新，发动机型号固定，其组建制造对精度的要求更高，型号相对单一可进行互換。在新型号发动机的装配上，由于其装配工艺设计尚未成熟，且无足够的装配经验可供参考，装配过程不确定性因素更多，影响装配质量及效率。

数字化装配技术的出现极大弥补了传统装配工艺不足，在装配精度、效率、经济性上都得到明显改善。从目前技术发展水平上看，主要问题依然集中在安装调姿上。安装过程中，要求发动机与飞机机身安装仓的轴线位置始终重合，此外还需调整发动机绕轴线的转动，并将发动机平稳推进安装仓。在数字化装配过程中，要求系统能够实现对发动机6个空间自由度位置及姿态的精准控制，并对整个作业过程中发动机位置及姿态数据进行监督和记录。

4  飞机发动机数字化对接安装规划设计

4.1 规划设计要点

我国飞机发动机数字化安装对接工艺研究起步较晚，在之后的规划设计中，应重点关注以下内容：①由我国自主研发的大型军民航空器还处于研制阶段，目前，对发动机的需求量还无法得出准确的估计，因此在设计脉动总装线时，建议采用模块化的设计方案，完成工艺重构及检测发展成熟后，再依照规划进行大规模建设[3]。②飞机发动机脉动总装流程可被总结为飞机整机调姿、发动机调姿安装、安装后检查（主要进行姿态检查和通电检查），规划设计需重点关注该流程中的调姿和检查环节，并对二次装配过程中，各零部件的识别和存放方式进行创新。③飞机发动机装配生产线需与发动机的具体型号相适应，随着新型发动机研发任务的深入，型号更换、结构调整等工作频繁开展，此时就需要总装脉动线进做出一定的调整以适应新的发动机装配需求。想要实现不同规格、型号的发动机在同一生产线上进行装配，提高总装线的灵活性是关键。例如，融入多种用途的柔性工装，以降低工装存储空间，满足柔性装配、灵活装配的需求。同时，将下线功能及修理系统的完善考虑到规划设计当中。

4.2 总装脉动生产线发动机安装案例

以大型飞机发动机装配为例，对一种新型的发动机装配系统进行介绍。

基于数字化技术的大型飞机发动机安装彻底打破以往以钢丝绳吊装发动机的形势，消除发动机吊装过程中因柔性摆动而导致的发动机安装位置难以控制、安装精度不足的问题，真正实现可控的数字化发动机调姿过程。目前被提出的新型数字化装配系统结合刚性提升结构、支撑系统、数字化调控系统、气悬浮柔性补偿等模块，依照发动机与吊挂之间的连接形式，将前端主交点设计为铅锤销轴与球铰连接，预留间隙有限;将后端设计为插头与插耳连接，预留单边缝隙2mm，以提供更大的运动灵活性。飞机发动机快速、精准对接可通过对两交点依次进行精确调姿，以前交点为主，在完成一个交点3准确对接之后，再对其他交点的对接姿态进行调整，其余自由度通过自动补偿即可完成调姿。

此外，该发动机装配工艺还将发动机的运输、调姿、对接、保护等工作相整合，在安装安全性、便捷性上提升明显，可用于大中型飞机发动机快速、精确对接。随着相关技术的优化和发展，该工艺将在飞机发动机装配领域得到进一步的推广。

5  结论

发动机是飞机结构中的核心部件，其安装对接对飞机装配质量及后期运行性能安全的影响可想而知。飞机发动机安装对接数字化有其必然性和必要性，有利于提高发动机装配精度、降低装配难度并控制装配成本。数字化对接安装工艺的研发和应用极大填补了我国飞机自动化装配领域的空白，逐渐提高飞机装配能力与自主研发能力间的匹配程度，促进航空事业进一步发展。

参考文献：

[1]赵爽忻.航空发动机自动调姿安装的设计与应用[D].电子科技大学，2019：52.

[2]祁琳斐.飞机发动机数字化对接安装工艺的思考[J].山东工业技术，2018（04）：61.

[3]盛贤君，王杰，姜涛，等.基于轨迹规划的飞机发动机数字化安装技术研究[J].航空制造技术，2017（21）：105-109.