大型飞机壁板装配变形控制与校正技术研究

摘要

飞机装配作为飞机制造过程中最重要、最复杂的环节之一，直接决定了飞机产品的最终性能、质量和寿命，而壁板作为飞机的重要组件之一，其装配精度将直接影响飞机各部件间的相互协调性和整机的外形准确度，如何有效控制壁板装配变形是目前我国航空工业亟需解决和攻克的技术难题之一。论文从壁板支撑布局优化、检测点布置优化、壁板变形预测与校正等层面展开系统深入研究，从而为实现壁板装配变形的科学有效调控提供行之有效的解决方法。主要研究内容包括:
　　阐述了论文的研究背景及意义，介绍了国内外飞机数字化装配技术的发展现状，指出大型飞机壁板变形控制与校正技术是当前飞机数字化装配中的重点和难点之一。
　　为提高飞机壁板在数字化装配中的刚度，提出了一种基于多工艺接头的壁板支撑布局优化方法，通过建立壁板与工艺接头的有限元模型，利用混合均匀试验设计法，得到在不同工艺接头支撑布局下的壁板应变能，同时根据偏最小二乘回归分析法，建立了壁板应变能与工艺接头支撑参数之间的数学模型，从而实现工艺接头支撑布局优化，并分析比较了壁板在全保形工装支撑和工艺接头支撑下的变形情况。
　　在数字化装配中，飞机壁板的位置和姿态精度通过检测点的理论和实际位置进行匹配计算得到，而其变形也可由检测点的位置误差进行描述。因此，合理布置壁板上的检测点就尤为重要。为能更全面地描述壁板变形，更多地涵盖壁板变形信息，提出了一种基于D-Optimality和自适应模拟退火遗传算法的飞机壁板检测点优化布置方法，通过最小化壁板变形的估计误差，实现从一系列初始待选点中优选出指定数量的检测点。
　　在大型飞机机身部件的数字化装配过程中，数控定位器被广泛应用于机身壁板的定位、支撑，但机身壁板的弱刚度和低强度容易造成自身装配变形过大、装配精度超差。为控制壁板变形，首先构建了飞机壁板的有限元模型，同时利用正交仿真试验研究了壁板在数控定位器移动牵引过程中产生的变形特性，并获取了描述壁板变形的检测点位置误差数据，然后应用偏最小二乘回归分析方法，建立了数控定位器位移数据与检测点位置误差数据之间的反演计算模型，并利用该模型实现对壁板变形的准确预测和校正。
　　为验证飞机壁板支撑布局优化、装配变形校正等方法的正确性，设计并搭建了相应的壁板定位调姿试验系统，并在此基础上安排了一系列试验研究，进一步验证了相关方法的可靠性。
　　最后，总结了全文的研究内容，并对有待进一步研究的内容进行了展望。

目录

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致谢

摘要

本文使用的主要符号

附图

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 飞机装配技术发展现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 大型飞机壁板变形控制及安全校正技术研究现状

1．4 论文选题背景与体系结构

1．4．1 选题背景及意义

1．4．2 论文的研究内容

1．4．3 论文的总体框架

第二章 基于多工艺接头的机身壁板支撑布局优化

2．1 引言

2．2 工艺接头结构

2．3 能量原理

2．4 有限元模型

2．4．1 壁板有限元模型

2．4．2 工艺接头有限元模型

2．4．3 载荷及边界条件

2．5 混合均匀设计

2．6 多元回归模型

2．7 支撑布局优化分析

2．7．1 参数优化

2．7．2 变形分析

2．8 本章小结

第三章 支持机身壁板数字化装配的检测点优化布置

3．1 引言

3．2 检测点优化布置建模

3．3 自适应模拟遗传退火算法

3．3．1 遗传算法

3．3．2 模拟退火算法

3．3．3 自适应模拟遗传退火算法流程

3．4 算例分析

3．4．1 大型飞机壁板模型

3．4．2 初始待选节点

3．4．3 自适应模拟退火遗传算法的参数确定

3．4．4 检测点优化布置结果分析

3．5 本章小结

第四章 机身壁板数字化装配变形预测与校正

4．1 引言

4．2 数字化装配变形反演建模

4．2．1 检测点与工艺球头位置误差

4．2．2 正交仿真试验设计

4．2．3 偏最小二乘回归建模

4．3 算例验证与分析

4．3．1 机身侧壁板

4．3．2 机身下壁板

4．4 本章小结

第五章 壁板支撑布局优化与装配变形校正试验

5．1 机身壁板定位调姿试验系统

5．1．1 机身壁板样件

5．1．2 系统硬件

5．1．3 系统软件

5．2 壁板支撑布局优化

5．2．1 壁板支撑布局优化模型

5．2．2 试验验证

5．3 壁板检测点优化布置

5．4 壁板装配变形校正

5．3．1 变形预测与校正模型

5．3．2 试验验证

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表(撰写)的论文及参加的课题