航空发动机数控安装架车的研制

摘要

航空发动机作为飞机的核心动力元件，其安装工作是飞机装配作业的重中之重，但因其尺寸大、质量高、结构复杂、安装间隙狭小等难点，使得传统的人工安装模式难以实现发动机的高效、高质量安装作业，缺乏有效的安装手段，与国外先进的数字化安装技术存在较大差距。
　　本文在分析现有航空发动机安装工艺的基础上，提出一种基于图像识别测量技术和数字化控制技术的发动机数控安装方法:一方面开发航空发动机安装监测平台，实时监测发动机安装过程的位置数据信息;另一方面研制发动机数控安装架车，对发动机安装姿态进行数控精密调整，并根据监测平台提供的位置数据信息进行实时控制，实现发动机的数字化、自动化、信息化、多姿态精密控制。
　　对航空发动机数控安装架车进行总体方案设计，设计内容包括三部分:多轴数控调姿平台、摇篮式框架车身、多功能车体底架，并在此基础上进行各机构的结构设计。航空发动机数控安装架车具有X、Y、Z、A、B、C六轴多姿态全方位调控，其中X、Y、Z、B、C五轴为伺服精密控制，A轴为人工控制，可实现X、Z、B轴的三轴联动控制，架车具有手动数控调控和程序自动调控两种安装模式，此外为了进一步提高架车的安装稳定性和机动性增设液压支撑和电动驾驶功能。
　　提出一种2-PPR平面并联机构并应用在架车升降俯仰机构中，对其建立虚拟样机进行运动学和动力学分析，模拟在特殊工况下工作台输入量和输出量的位置、速度、加速度关系，并对其初始位置、左侧摆动、右侧摆动、竖直升降四个姿态工况下各机构杆件作用力的变化趋势进行对比分析，为机构的优化设计和精密控制提供理论依据和参考。
　　对数控安装架车进行有限元分析和优化设计，根据发动机的安装过程和重心变化对其重要零部件的刚度变化进行静力学分析，分析其变形和应力变化特征。对架车进行模态分析，以避免在发动机安装时产生危险的共振固有频率。
　　最后对数控安装架车进行设计制造总结，对其进行静态运动精度的测量，又利用加载刚度试验分析其关键结构的变形，并与有限元模拟计算进行比较，对架车机构优化设计的合理性和结构刚度的实际承载能力进行验证。
　　论文研究成果满足航空发动机高效、高质量数字化安装的需求，而且为其他大型零部件数字化安装的研究提供成功的应用示范，对我国当前飞机数字化安装技术的研究起到指导与促进作用。