飞机工装设计制造研究

王海燕

吉林化工学院，吉林 吉林 132022

现阶段，通航产业作为国家现代综合交通运输体系的主要组成部分，是国土安全和国防建设的重要战略储备。各地正在积极构建与研发制造和运营服务相匹配的通用航空延伸服务体系。2019年东北地区小型运输航空器数量增长307架，主要应用于喷洒农药、森林灭火和旅游观光等，应用的领域较多且飞机的功能各不相同，而对于飞机的后期维修保养需求较大，这对生产企业的工装设计提出了较高的要求。中航吉航在飞机维修过程中发现飞机的工装设计决定了飞机的装配进度，而飞机工装设计制造受诸多条件限制，导致目前的工装设计和研制周期长，成本居高不下，且占用较大的场地面积及其他资源，无论是新机型还是旧机型都受很大的影响。针对工装设计制造的问题，笔者与吉林航空维修有限责任公司共同对飞机工装系统中的变径连接件进行研究与优化。

1 工装液压系统变径连接件的研究

1.1 工装液压系统变径连接件的技术经济指标

（1）根据变径连接件自身特点及相关理论知识，采用NX10.0软件对变径连接件进行立体建模，通过模拟仿真对相关参数进行处理，这样可以从设计时间得到显著的成效，又可为航空专业的相关课程提供教学案例。

（2）根据变径连接件的材料、尺寸和形状，使用ANSYS有限元软件对其进行分析，在进行有限元参数分析时，可以通过施加荷载，及对产品进行有限元网格划分，这样求解出产品变径处所能承受是最大应力，得出最合适的参数值[1]。

（3）根据模拟仿真实验和参数优化结果进行试生产，并进行安装调试。

1.2 工装液压系统变径连接件的应用前景及推广

民用航空小型飞行器在低空领域会通过更快速、高质量的服务，来改变现有的物流系统，而将飞行器的工装件标准化、流程化则有利于提高效益。通过三维建模及有限元分析，模拟仿真并加以验证试验，将缩短周期，同时能确定工装各部件的装配关系及是否产生干涉。通过对飞机工装液压系统变径连接件的实施，不仅在教学中可以作为一个成熟的案例，而且通过课题研究的过程，增强教师“理-实”一体化中所体现的设计水平。

2 国内飞机工装设计制造过程中存在的问题

2.1 我国飞机工装设计水平有待提高

我国的航空产业起步较晚，1961年我国从苏联购买的米格-21战斗机，包括生产技术资料，从此开始走上了飞机制造道路，当初制定的目标是能够仿制出来，在所有资料都有的情况下，我国也用了3年时间才完成，特别是当时飞机新工艺对于生产车间也是个不小的挑战。通过航空科研人员的几十年不断积累和探索，我国的飞机设计制造的能力有了极大的提高，才有了现在的C919、运20[2]。虽然我国现在可以称为航空大国，但仍然不是航空强国，与欧美相比仍然存在一些差距，我国的飞机工装设计水平及制造还有较大的提升空间，从苏联借鉴的一套串行模式已经不再匹配我国现阶段的水平，因此在工装设计制造的方面需要不断参考，发展出适合我国的道路。

2.2 飞机研究制造过程中的瓶颈

当前飞机主机制造厂很少，且都为小型飞行器的制造。随着飞机的需求量在不断增大，旧机型同样需要进厂维护，生产任务繁重，跟不上生产计划。其中影响进度的就包括飞行器工装的设计及制造，而负责这项任务的技术装配部门对于飞行器工装设计的能力毋庸置疑，可对于工装的制造要求过高，飞行器的制造企业现有的技术能力不足，就要不断去攻关、改进其工艺，在飞行器制造厂满足各项成控要求后，方可进行生产。对于有特定功能的机型，则需要更多的时间来进行验证。究其根本还是制造技术水平处于瓶颈阶段，应该选择突破瓶颈还是另辟蹊径，也是需要加以分析的。

2.3 飞机工装结构设计过程中的问题

飞机工装设计制造的方法仍然沿用苏联的工装设计制造方法，虽然相对成熟且稳定，但与欧洲和美国一些飞行器制造企业对比后，发现其较为粗犷。首先飞行器的工装设计占用大量的土地面积，针对不同类型的飞行器设计制造其工装，工装不能互相通用。其次，制造能力的不足导致生产准备周期长，需要在现有的技术条件下改进工艺以适应现有生产能力，消耗了大量的成本。使得资金本就不充裕的多数中小型飞行器制造企业望而却步，对飞行器市场造成了冲击。通常情况下，国内的专配型架多采用刚性结构，并且一套装配型架只能够装备一个对象，导致飞机工装制造的时间过长。另外，传统工装制造过程中，还需要在装配型架上配备多个定位件，使得工装制造的整体成本有所升高，生产准备周期明显延长。

2.4 飞机工装制造精度的问题

飞机工装零部件的机械加工精度取决于飞机工装设计及机械加工设备。目前随着工装数字化的应用，使得飞机设计和工装设计是配套进行的。因此在制造加工中会产生许多困难，加工工艺异常烦琐，特别是对于加工难度大或现有条件不能加工出的工装件，只能委托加工或自主创新加工工艺，企业需要采取科学的程序进行生产，不断优化加工过程，这样在市场竞争中才能占据有利位置。

目前飞机制造商常使用的飞机工装件主要集中在紧固件和连接件，虽然尺寸、角度有所差异，但是对于工装件的使用寿命、易脱落程度、气密性等要求是一致的。通过对飞机工装夹具失效故障统计，紧固件的疲劳断裂和连接件的气液渗漏最为常见。因此，通过改进或创新加工工艺才能提升工装零部件精度和寿命。

3 我国飞机工装设计制造技术的发展方向

3.1 柔性化

随着计算机辅助设计及智能化装配技术水平的长足发展，柔性化装配技术因其周期短、成本低等优点，早已被航空工业发达的企业采用，并在短期内获得更高的经济效益。柔性化技术从发展到现在的技术趋于成熟，其中柔性装配体系才是核心。通过建立飞行器的工装零件数据库，并定期更新数据库中的工装零件，以此来优化数据库。柔性化装配时，针对不同任务需求，合理选用数据库中的工装零件，模拟装配并检验方案的可行性，实现柔性化装配。柔性化的装配缩短了刚性装配的时间，优化了不同方案的实验过程，降低了人员、场地和成本。

3.2 数字化

飞机工装设计制造过程中，对场地、人员、管理、硬件、资源等提出了相对苛刻的条件，这导致成本不断攀升，同时制造过程漫长。随着计算机辅助设计融入生产中，使原有的实体变成了虚拟化的数字，其中的优势显而易见。将设计好的图纸，进行数字建模，使飞机结构零件按照预期的设计进行装配，同时能对设计制造环节进行检验，能及时发现出现的问题，并得到改进，而这一切都省去了实体的材料运输及反复加工装配检测等[3]。在传统飞机工装制造过程中，标准样件工作法和模线样板工作法均是较为常用的方法，通过模线样板工作将标准量规当作其制造与协调的主要参考，进而对其进行制造和加工，直至完成工装装配。现阶段，我国飞机制造行业仍然采用模拟量传递协调系统，并且以模线样板以及标准样件为飞机工装加工的主要依据。

3.3 速度化

随着工业4.0的开始，我国的制造业一跃成为世界第一，而国内的飞机主机产商在发展过程中主要面临的是工装研发制造的速度问题。如果将飞机工装与制造业快速对接，将加快飞机工装的研发，同时缓解工装设计加工生产压力，这才是打破工装设计制造瓶颈的重要途径。

加快飞机工装研发与制造速度需要建立数据资源库和制定标准化，在设计时，资源库可以更快地提供给设计者相同或类似的设计方案，通过改进或借鉴创新都能降低研发成本并提高速度。在制造时，对已有的飞机工装典型结构展开详细分析，将其模块化、零件标准化，为生产和装配创造有利条件。

4 结束语

综上所述，我国飞行器制造经历了从无到有，从有到精，还需要从精到强的发展。欧洲的空中客车公司和美国的洛克希德公司给了我国很多的经验，少走了很多弯路，但弯路少走不代表不走。虽然目前工装设计制造技术还不够完善、成熟，但我国的制度更适合集中力量办大事，必定能解决技装部门的制造设备创新和优化的问题，为地方高校的航空专业教育及航空企业发展提供有力保障。