赵雨萌
航空工业哈飞复合材料厂，黑龙江哈尔滨 150066
摘要：近年来，社会发展迅速，通过数字化设计技术的引入，建立协同工作的信息平台，实现直升机产品与工装的并行设计，以此来解决因在直升机制造单位数字化技术不断深入应用而出现的工装数字化设计、制造、测量等关键工程于产品设计协同工作的机制问题，从而实现产品数据、工装设计、制造到测量数字化的规范管理。
关键词：直升机；复合材料；结构装配工艺研究
引言
传统的直升机装配采用刚性工装定位，手工装配连接，基于模拟量传递的互换和分散手工作坊式生产。自20世纪80年代以来，随着计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)技术、计算机信息技术、自动化技术和网络技术的发展，数字化技术在现代直升机制造中得到广泛的应用，直升机制造进入数字化时代。北京通用航空江西直升机有限公司研制了一条轻型直升机装配生产线。由于公司产品生产仍处于起步阶段，某些型号机型还处于取证、定型、试飞与研制阶段，选择装配生产线总体方案时，考虑在一般机械产品装配生产线特点的基础上，增加一定的柔性功能，将装配生产线设计成脉动式装配生产线。这样，同一条生产线既能用于不同型号，还能用于同型号改进型系列机型的产品装配，从而满足对产品产量与质量的要求。同时，生产线建设以少投入、低成本、高质量，不追求高度自动化为原则，对原有车间的平面布置及流程、信息管理等不做大的调整和变动。
1传统设计流程与现行并行工程设计方法存在的不足
传统的工装设计建立了较为完善的理论和规范，但从总体方案的制定到总图、零件图的绘制直至技术文档的编制需要耗费大量的时间，因而一直是直升机生产工艺准备的瓶颈环节。另外，直升机工装设计由于零部件形状和工装都是空间二维形状，在进行干涉检查过程中，相关人员很难想象这些空间几何体之间的相互位置关系，干涉检查是减少设计更改的关键，传统的设计方法对此无能为力，致使产品的设计制造成本增加。采用CAD技术对直升机全机外形和内部结构数字化模型的建立，传统的工装设计方法暴露出设计质量欠佳、工作效率低和制造周期长等弱点。CAD系统应用到装配工装设计这个专业性很强的领域仍然存在很多不足，主要表现在：一是不能完全按照工装专业设计思路进行设计；二是不能有效快速建立工装三维数字化定义，这些都需要进行软件的二次开发来实现。直升机研制过程的短周期化要求产品与工装设计并行，而直升机设计从预发放到定型之间，由于市场化、客户要求、设计改进和新材料的采用等原因，直升机设计过程中不可避免地发生设计更改活动，并按照控制基线向下游发放更改后的数据。工装设计必须及时做出相应更改。工装设计的变更一般分为以下两种：一是产品协调特征的删除、增加或结构变化等，导致工装布局结构的重新设计；二是产品产品协调特征发生一定程度的位置和尺寸修改，如产品外形曲面的参数变更和对接接头位置偏移等，导致工装相应结构的位置和尺寸变更。传统的设计模式和现行的并行设计工作方式均存在一定的弊端，而数字化技术的运用是直升机产品发展的必然结果，随着后续新型号研制和发展，整个三维数字化设计体系将得到不断的丰富和完善。包括数字化设计标准规范的建立；实现基于模型定义的MBD，即实现产品基于模型及三维标注的产品定义技术、设计信息表达技术、工艺设计技术、工艺仿真分析技术，建立从设计到制造基于模型及三维标注的数字量传递产品，从而彻底摆脱传统基于二维图样的模拟量传递体系，设计更改工作趋于简化，实现真正的“无纸设计”。
2直升机复合材料装配加工工艺及连接工艺
在直升机复合材料进行加工的过程中，主要使用的是铰接，但依然需要螺接和铆接等相关工艺，也需要进行切割、锪窝等工艺加工。
2．1制孔
直升机复合材料主要组成部分为碳纤维复合材料，碳纤维具有较大的硬度，而且耐磨性较高，所以在刀具选择的过程中需要保证耐磨性和硬度，高速旋转的刀具和纤维之间进行接触之后会释放一定量的热，所以一定要保证刀具材料具有一定的耐热性，首选物质硬质合金钻头。复合材料结构制孔的过程中，很多部位是层压板结构，厚度往往在1毫米到4毫米左右，在试验的过程中发现出现制孔缺陷。出现的位置主要在出口、入口处，通过对进给量和刀速的控制可以对分层的情况进行有效的抑制。与此同时，还需要注意在钻孔出口面顶上一层硬质塑料，如果刀速过快，可能会导致制孔的周围产生烧灼的情况。对其原因进行分析主要是制孔的过程中转速比较大，会导致温度进一步升高，如果在操作的过程中处于一个封闭的环境当中，无法有效的将热量及时散发出去，可能会导致温度达到机体烧灼点。
2．2锪窝
整流罩通常条件下使用的是芳纶材料结构，在连接的过程中为了保证外形的美观性，主要通过钛制沉头抽钉，由于芳纶纤维具有较大的韧性，在和树脂之间进行连接的过程中粘接力不高，锪窝困难，在没有特别的锪窝刀具的条件下，在旋转钻头之后放入锪窝表面，可以将纤维迅速切断，并且避免纤维出现劈裂。
2．3切割
复合材料在进行切割的过程中容易出现分层、毛边以及开裂等缺陷，起割和停割处偶尔会产生这种问题，所以需要使用金刚石砂轮进行切割，在切割的过程中一定要保证均匀用力并且控制进刀。在各种飞机过程当中，机体损伤的故障达到了总故障的30%，所以直升机的总寿命主要是由机体寿命决定的，对机体丧失工作能力的原因进行分析的过程中，可以发现疲劳破坏是非常重要的一种原因，有80%以上的疲劳破坏出现在连接处，对螺接和铆接等工艺进行分析，可以发现通过这两种工艺进行处理，可以让飞机的疲劳寿命大幅度的提高。
2.4螺接和铆接工艺及相关技术
通过相关试验分析发现，复合材料和金属材料在连接的过程中，连接部位的纤维对结构的破坏形式和结构的受疲劳寿命有着直接影响，复合材料的破坏往往出现在挤压或者拉拖的混合破坏，合理的进行纤维含量的安排可以将所需破坏的方式设计出来，与此同时，合理的选择抽钉、螺栓等紧固件类型，并且注意装配质量加强也可以控制结构的疲劳寿命，为了避免出现电位腐蚀复合材料，在紧固件选择的过程中主要使用钛质金属。在连接复合材料的过程中，主要使用间隙配合，再配合接头孔附近往往会出现应力集中的情况，导致载荷分配不均匀等问题出现。与此同时，间隙配合很容易导致钉孔和钉杆处之间产生撞击而出现连接层破坏等情况，为了避免这种连接的缺陷，可以使用干涉连接技术。启动机器人，人机界面显示屏指示灯均显正常状态下，按下手柄按钮，机器人手臂自动旋转，移动至生产线外放置架位置，通过传感器获取主旋翼轴组件的信号，然后，自动抓取、移动至生产线内的指定位置进行装配。完成工序后，再次按下按钮，机器人松开主旋翼轴组件，离开生产线上方回到原点。
结语
数字化、智能化装配技术代表了现在航空制造的发展方向，柔性装配以及脉动生产线的应用，大大提高了直升机装配的质量和效率。智能化装配更适应多品种、变批量、低成本、高质量、快速研制的必然选择。该技术的应用不仅是技术创新，更是给管理理念与体制带来了巨大的冲击与变革。
参考文献
［1］李东升，翟雨农，李小强．飞机复合材料结构少无应力装配方法研究与应用进展［J］．航空制造技术，2017，60(9):30-34．
［2］谌广昌，袁春明，俞颖，等．J-241胶在直升机复合材料结构装配和修补中的应用分析［J］．直升机技术，2010(1):40-42．