飞机数字化装配柔性工装的拓扑优化设计方法与应用技术Word文档格式.docx

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二、民用飞机防护涂层工艺性能与环境因素变化的关联性研究

综合对比研究水基防护涂料与溶剂型涂料的工艺性能。

重点开展水基防护涂料的工艺性能研究，获得水基防护涂层受温湿度等环境条件影响时的涂层性能。

同时针对不同表面处理工艺，研究飞机常用涂层体系性能与施工环境影响关系，依据相应的材料规范开展耐腐蚀性能、耐溶剂、粘接等性能的检测，获得施工工艺环境与性能相应关系，得到多种涂层的固化曲线。

1）研究已有铬酸盐表面处理+不含铬酸盐涂层配套体系、非铬酸盐表面处理（2种以上）+无铬酸盐涂层配套体系、铬酸盐表面处理+铬酸盐涂层配套体系服役过程防腐蚀性能模拟研究，对比得出优化试验结果。

2）常用涂料固化工艺与性能关系研究：

研究常用的6类用途的涂层在不同的固化条件下的固化周期，并选择典型固化条件下的涂层按材料规范完成性能测试，获得有关的固化曲线和性能指标，据此给出涂层施工和固化要求；

3）水基防护涂料工艺研究：

研究给定水基涂料的配比、施工环境温湿度、基底的表面处理方式对涂层性能影响，对涂层固化中的有机反应官能团的作用过程进行分析，对水分子在涂层固化过程中的挥发受环境条件的影响程度进行机理和试验研究，获得水基涂层施工环境条件。

1）形成现有所用涂层施工、固化工艺与性能数据库，指导现场生产；

2）初步形成水基涂料应用性能评价方法；

3）培养硕士研究生1-2名；

4）国家发明专利1项；

5）发表SCI/EI论文3篇。

三、铝锂合金成形及热处理工艺对疲劳性能的影响研究

针对铝锂合金材料特性及其在大型客机上应用的特点，研究钣金成形、热处理过程中新型铝锂合金在温度场-应力场-应变场中的组织演变和相析出行为规律，获得析出相、材料加工工艺对疲劳性能的影响规律，建立热处理工艺参数、钣金成形变形量与新型铝锂合金疲劳性能之间的映射关系，并在研究断裂行为和疲劳特性的基础上，提出铝锂合金薄板的损伤容限评价机制；

初步探索时效成形中新型铝锂合金的热场参数、形变行为。

1）研究新型铝锂合金成型加工-热处理过程中组织演变、相析出行为对新型铝锂合金强塑性匹配的促进机制与协调控制。

2）建立科学的铝锂合金薄板断裂韧性评价方法；

并在研究其疲劳特性的基础上，建立和完善新型铝锂合金薄板的损伤容限评价体系；

研究热处理过程组织演变、相析出行为对新型铝锂合金断裂行为、疲劳特性的影响机制。

探索热处理过程的温度场-应力场-应变场，组织演变、相析出行为，与损伤容限三者之间的交互影响规律与控制机制。

3）系统研究大飞机用新型铝锂合金时效成形的加热速率、加热时间、保温时间等热场参数对微观组织尤其对T1相（Al2CuLi）、δ’相（Al3Li）及θ’相（Al2Cu）等强化相析出的影响。

建立起时效成形的热场参数、形变行为和新型铝锂合金薄板损伤容限间的协调控制机制。

1）获得新型铝锂合金最优的固溶和时效工艺制度；

2）获得热处理过程的组织演变和相析出行为与损伤容限之间的影响规律，提出新型铝锂合金薄板的损伤容限评价体系；

四、飞机铝合金壁板胶接工艺研究

针对民用飞机局部位置铝合金壁板结构，开展以蒙皮与桁条胶接工艺为主的壁板胶接工艺研究，以摸索铝合金胶接工艺的基本机理、挖掘影响胶接结质量的关键工艺参数、探索胶接壁板检测与评价准则，初步确定其工艺参数窗口，并初步研究出飞机铝合金胶接壁板典型件。

1）飞机铝合金壁板胶接工艺机理研究；

2）蒙皮桁条胶接预备工艺研究；

3）胶黏剂喷涂工艺研究；

4）飞机铝合金壁板胶接固化工艺优化；

5）飞机铝合金胶接壁板典型件研制；

6）飞机胶接金属壁板检测与评价准则探索。

1）形成研究报告3份；

《民用飞机铝合金胶接壁板工艺过程微观机理研究报告》

《不同工艺参数对壁板胶接性能的影响规律研究》

《民用飞机铝合金胶接壁板检测与评价方案分析》

2）培养硕士研究生1-2名；

3）国家发明专利1项；

4）发表SCI/EI论文3篇。

五、飞机蒙皮镜像铣削加工机理及无划痕支撑关键技术研究

针对飞机蒙皮大而薄、形状复杂、刚性差易变形、铣切加工中容易振颤导致加工精度和表面质量差，工件变形让刀导致切削厚度无法控制的难题，根据镜像铣削方法的工艺特点，系统研究镜像铣削加工中加工载荷的变化规律和影响因素、确定不同载荷和支撑方式下工件变形规律和切削机理。

在此基础上开发能够实现稳定支撑且不会在工件表面形成划痕的镜像支撑系统，并开展飞机蒙皮试样镜像铣削加工试验。

研究结果为镜像铣削工艺研究镜像铣削装备开发提供基础理论和关键技术支持。

1）飞机蒙皮材料镜像铣削加工机理研究。

开展镜像铣削加工试验，分析不同加工条件下的加工精度和表面质量，确定镜像铣削加工切削机理。

2）镜像铣削支撑系统的支撑力与切削载荷的匹配关系和控制方法研究。

分析镜像支撑条件下铣刀和工件材料间的切削载荷作用规律，研究工件变形特征和影响因素，确定镜像支撑系统支撑方式、支撑力与切削载荷之间的匹配关系和控制方法。

3）无划痕镜像支撑系统研制。

针对飞机蒙皮镜像铣削加工的特点和要求，突破无划痕镜像支撑技术难题，开发满足镜像铣削镜像支撑功能且不会划伤擦伤工件表面的镜像支撑系统。

1）揭示铝板镜像铣削加工精度、表面质量的影响因素和影响规律，确定铝板镜像铣削加工载荷变化规律和切削加工材料去除机理；

2）确定铣削支撑系统刚度和切削载荷的匹配关系和控制方法；

3）研制出用于飞机蒙皮镜像铣削的无划痕镜像支撑系统；

4）培养硕士研究生1-2名；

5）国家发明专利1项；

6）发表SCI/EI论文3篇。

六、飞机数字化装配柔性工装的拓扑优化设计方法与应用技术

以提高飞机数字化装配柔性工装结构的静动态力学性能（刚度、固有频率、屈曲荷载等）、降低装配工装设计与制造的成本和研发周期为目标，研究和发展考虑装配工艺性能目标和约束条件的柔性工装结构拓扑优化模型和关键算法，并发展构件装配中考虑不确定性的结构拓扑优化设计方法。

该项目研究成果将推进拓扑优化设计这一先进方法在飞机装配工装设计中的应用，也将辐射至飞机关键承载构件的数字化设计与制造的前沿研究。

1）以飞机部件数字化装配工艺性能（刚度、固有频率、屈曲荷载等）为设计目标和约束条件的柔性工装结构拓扑优化问题的建模；

2）复杂形体拓扑优化设计中准确描述边界形状的节点密度变量方法及自适应拓扑优化技术；

3）飞机部件装配中不确定性载荷的表征方法；

4）考虑装配过程中载荷不确定性的结构鲁棒性和可靠性拓扑优化问题的约束正则化方法；

5）飞机数字化装配柔性工装结构拓扑优化的典型应用案例。

1）发展适用于飞机数字化装配工装的先进拓扑优化设计方法与应用技术，研究水平达到国际先进水平；

2）与工程研究部门合作，完成典型工装结构拓扑优化设计的应用案例;

4）国家发明专利1项

七、翼身对接柔性钻模板的研制与开发

针对ARJ-700飞机的翼身对接，开发一套可工程化应用的柔性钻模板。

要求钻模板能够满足大部件不同交付状态下翼身对接中的制孔需求，保证制孔精度以及孔边距符合设计要求。

1）钻模板及其柔性机构设计与优化；

2）柔性钻模板的精度与可靠性分析；

3）基于柔性钻模板的制孔工艺研究。

1）柔性钻模板设计与优化方法，以及设计图纸；

2）可工程化应用的柔性钻模板；

3）钻模板的工程化应用方案；

八、基于iGPS的大型飞机部段对接装配技术

针对大型飞机部段对接开展基于iGPS的数字化测量与定位技术研究，打通iGPS系统在机身对接过程中的应用方法，制定部段位置、姿态信息的测量方案，建立基于iGPS的大型飞机对接测量原型系统，实现多点实时测量，并与现有的测量方案进行对比分析，为实现大型飞机数字化总装生产线提供技术支持。

1）iGPS组网与标定技术。

根据测量范围与精度要求，研究iGPS发射器布置方案、快速组网及精度标定技术。

2）基于iGPS的大型飞机部段对接关键特征控制与协调技术。

通过研究大型飞机部段对接装配过程，确定基于iGPS对接装配的关键特征，制定基于iGPS的对接装配协调总体方案。

3）基于iGPS的实时测量方案设计与验证技术。

基于已经确定的关键特征和总体协调方案，针对部段对接过程中的测点布局、数据获取与拟合方案进行快速设计。

并与原有使用激光跟踪仪、准直仪等设备测量结果进行比较，从测量数据的有效性、精度、效率等方面验证iGPS测量技术的先进性。

1）iGPS组网与标定方法技术报告；

2）基于iGPS的大飞机对接关键特征与协调技术报告；

3）基于iGPS的大型飞机对接测量原型系统，具有测量系统的标定、测量数据处理及输出等功能；

九、引入装配力的飞机柔性件装配偏差建模与统计分析技术

深入分析零件制造、定位与工装等误差源在不同装配阶段的几何作用和力学行为，研究建立接触力、压紧力和回弹力模型；

揭示零件制造误差规律，建立典型成形工艺下的几何协方差模型；

探索典型装配定位下偏差的形成机理，建立多误差源耦合作用的装配偏差模型；

面向多工位装配，考虑工件重定位误差影响，建立多工位装配偏差传递模型，为飞机柔性件装配偏差分析与控制提供重要理论和技术支撑。

1）基于接触状态检测的接触力建模、求解方法；

2）典型成形工艺下飞机柔性件的形状误差规律和几何协方差建模技术；

3）复杂装配力和多误差源对飞机柔性件装配偏差的耦合作用机制和偏差统计分析技术；

4）多工位装配过程中飞机柔性件的装配偏差传递与累积规律；

5）结合ARJ21平尾部件的装配偏差分析与控制，验证飞机柔性件装配偏差分析模型。

1）基于几何干涉分析的飞机柔性件装配接触力模型；

2）接触力作用下多误差源耦合作用的装配偏差统计分析模型；

3）基于状态空间表示的飞机柔性件多工位装配偏差传递模型；

一十、复合材料构件装配中填隙补偿对构件装配性能的影响研究

在复合材料构件装配中，构件配合面间的局部间隙将产生附加载荷，甚至产生结构分层，因此需要采取措施充填间隙，液体和固体垫片是复合材料构件装配常用的消除间隙方法。

以飞机复合材料典型结构为对象，通过理论分析和实验研究，探索填隙补偿方法、填隙材料及其参数对连接后构件内部应力、连接件受载、结构刚度等装配性能的影响，为在设计规范指导下保证装配结构完整性和装配质量提供工艺技术支持。

1）设计规范下飞机典型复合材料结构（翼梁、翼肋与壁板）填隙补偿方案分析；

2）不同填隙补偿方法、填隙材料及其参数下构件内部应力测试与分析；

3）不同填隙补偿方法、填隙材料及其参数对连接质量和装配结构刚度的影响分析；

4）一定间隙分布和配合面尺度下的填隙补偿方法、填隙材料及参数选择原则。

1）飞机典型复合材料结构填隙补偿方案分析报告；

2）填隙补偿方法、填隙材料及其参数对复合材料构件和连接件内部应力影响规律；

3）填隙补偿方法、填隙材料及其参数对复合材料装配结构刚度的影响规律；

4）一定间隙分布和配合面尺度下填隙补偿方法、填隙材料及参数；

一十一、不同预应力对复合材料构件装配性能的影响研究

复材构件的制造偏差导致组件装配时存在一定的局部间隙，可通过对复材构件施加一定的预应力以完成装配。

不同的预应力将影响复材组件的装配性能，需要研究不同装夹方式下的预应力对复材构件装配性能的影响。

以飞机典型复合材料组件装配过程为研究对象，对不同装配间隙和夹持力条件下复材构件的应力水平进行测试；

建立复材构件在不同装配间隙和夹持力作用下装配应力分析模型；

针对复材构件的制造偏差，通过实验研究和仿真分析，确定复材构件在不同装夹方式下施加的预应力，为飞机典型复合材料组件的装配协调、工艺规范提供数据基础和技术支撑。

1）不同夹持力条件下复材构件的应力测试与分析；

2）不同装配间隙下复材构件的装配应力测试与分析；

3）典型复合材料组件装配过程中构件的装配应力分析模型；

4）面向复材构件制造偏差的装配间隙与夹持力对复材构件装配应力水平的影响规律。

1）不同夹持力条件下复材构件的应力测试数据与分析报告；

2）不同装配间隙下复材构件的装配应力测试数据与分析报告；

3）典型复合材料组件装配过程的装配应力分析模型；

4）不同预应力对典型复合材料构件装配后应力水平的影响规律分析报告；

一十二、飞机线束虚拟装配仿真技术研究

本项目针对飞机线束敷设和安装问题，拟利用虚拟现实技术，进行飞机线束虚拟装配仿真技术研究，建立虚拟仿真技术平台，达到装配过程的虚拟传真，暴露飞机在线束敷设和安装过程中可能出现的问题，检测飞机线束敷设过程中的定位点，评估飞机线束施工工艺和方案，从而可以帮助优化线束设计，提高飞机线束敷设和安装工作效率。

1）利用虚拟现实技术，根据飞机线束安装空间结构建立飞机线束安装数字结构模型和线束模型；

2）针对飞机工程图纸中标出的定位点建立飞机线束特殊敷设模型；

3）进行仿真和评估检测软件的开发，在仿真软件平台上进行飞机线束虚拟装配仿真，利用评估检测软件检测装配正确性。

通过飞机线束虚拟装配仿真关键技术研究项目的实施，能够实现飞机线束敷设和安装过程的虚拟仿真，暴露飞机在线束敷设和安装过程中可能出现的问题，检测飞机线束敷设过程中的定位点，评估飞机线束施工工艺和方案，从而可以帮助优化线束设计，提高飞机线束敷设和安装工作效率。

预期成果如下：

1）线束装配虚拟仿真平台；

2）项目研究报告；

5）软件著作权2项；

一十三、基于应力水平的自动钻铆工艺和机械性能评估方法研究

铆接工艺所能达到的机械性能受孔的质量、铆接干涉量、孔强化水平以及干涉量均匀程度等因素的影响。

自动钻铆工艺由于工艺参数稳定、制造一致性好而逐步取代了手工钻铆工艺。

但自动钻铆工艺会造成干涉量均值水平的改变。

如何快速有效评估自动钻铆工艺对机械性能的影响是提高自动钻铆工艺应用能力的主要因素。

本项目通过对自动钻铆工艺中材料成形、残余应力分布等机理的理论分析、并通过应力测量分析，研究干涉量、应力水平分布与机械性能之间的影响关系，建立基于应力水平分布的机械性能评价分析模型，并得到实验验证。

1）针对自动钻铆工艺，建立结构的应力仿真模型。

2）利用X射线残余应力测试仪等设备，通过实验验证1）中所述模型。

3）通过理论和仿真计算，研究残余应力与铆接结构机械性能之间的关系，建立计算模型。

寻求最优的残余应力大小和分布。

4）通过疲劳性能实验等，验证3）中所述模型。

5）对于具有多排铆钉的组件结构，对其残余应力等性能与结构机械性能的影响进行仿真和试验研究。

6）根据以上研究内容，提供最优的铆接工艺参数。

7）建立铆接加工质量的评估、实验方法。

1）建立铆接工艺参数与结构机械性能之间的计算模型；

2）建立铆接加工质量的评估方法，编制自动铆接工艺的流程控制文件;

一十四、蜂窝夹芯复合材料的空气耦合超声检测技术应用研究

针对喷水超声检测等方法会使蜂窝夹芯复合材料构件受潮、受损，影响构件的力学强度和尺寸的稳定，拟研究采用空气耦合超声检测方法，定性、定位并定量检测出蜂窝夹芯复合材料构件中的脱粘（分层）类缺陷，解决蜂窝夹芯复合材料构件的质量评价难题。

1）研究激励/接收换能器布置方式对脱粘（分层）类缺陷的敏感性，确定最优的换能器布置方式及检测方法；

2）研究透射信号与超声激励频率、脉冲串类型、窗函数等参数之间的对应关系，获得最优的超声激励参数；

3）研究信号降噪算法及激励接收编码技术，提高接收信号信噪比及时域信号可分辨能力，进一步提高检测结果的可靠性；

4）研究缺陷信号的特征识别、可视化技术（如峰值成像、TOF成像等）及不同缺陷的尺寸反演算法，采用X射线、红外热像等方法进行对比实验，验证检测结果可靠性及检测精度，最终实现缺陷定性、定位和定量分析，编制分析软件。

1）设计并搭建蜂窝夹芯复合材料脱粘（分层）类缺陷的穿透式空气耦合超声检测系统试验样机；

2）基于理论分析和试验研究，获得蜂窝夹芯复合材料构件脱粘/分层类缺陷的空气耦合超声检测优化参数、检测方法及检测工艺；

3）草拟蜂窝夹芯复合材料构件脱粘/分层类缺陷的空气耦合超声检测工艺标准；

4）培养博士研究生1名，硕士研究生2名，专业技术人员3名。

一十五、复合材料预浸料捻子条制备的工艺装备研制

大型飞机复合材料的应用越来越大，在复合材料构件中大量应用梁肋结构，由于复合材料是附模成型，在梁肋拐角处会出现较大的三角形空隙，导致构件的性能下降，因此在梁肋的成型中需采用纤维制成捻子条对空隙进行填充。

在波音及空客等飞机制造的先进企业有专用于捻子条制备的工艺装备，而我国目前还采用手工操作的方法进行捻子条的制造。

本研究通过对捻子条性能要求的评估，自主设计一套可以适用于不同R角的捻子条制备装置，达到提高效率和质量的目的。

1）预浸料捻子条性能指标的调研

针对平尾、垂尾等现用的复合材料结构及机翼等未来应用复合材料的结构进行调研分析，对捻子条的尺寸（R角）进行统计归类，并明确捻子条的纤维体积含量、性能的技术要求。

2）预浸料捻子条制备工艺装备的研制

针对民用客机常用的977-2和X-850预浸料体系的工艺性能，初步拟定捻子条制备的工艺装备的研究思路，进行装备的设计及制造，并评判其捻子条的尺寸（捻子条尺寸R5-R10之间可调，纤维体积含量根据捻子条尺寸计算，体积含量在55-65%制件）、性能等，对设备进行进一步完善。

3）预浸料捻子条的尺寸性能评估

采用不同预浸料、不同的R角等对研发装备制备的捻子条的尺寸性能进行评估，达到应用的目的，形成高温固化环氧碳纤维捻子条制备的工艺规范初稿。

1）复合材料捻子条的制备工艺装备（具有R角可调、纤维体积含量可控、连续制备）；

2）工艺规范初稿；

一十六、热校形工艺对复合材料典型结构件性能的影响研究

通过建立热固性树脂基复合材料X850材料体系的粘弹性本构模型，分析复合材料结构进行热校形对材料性能、残余应力分布的影响。

针对航空复合材料典型结构件C形梁结构变形、长桁架桥等现象，热校形实验与模拟对比，验证模型的准确性。

1）基于Schapery单积分本构关系和时-温等效原理，建立热固性复合材料的粘弹性本构模型，提出针对热固性复合材料热校形方法；

2）针对X850材料体系玻璃化转变温度进行热校形，选取典型结构件C形梁、长桁，分析校形结构对材料性能的影响，给出应力状态分布，分析残余应力的改变情况；

3）针对航空复合材料典型结构件C形梁结构变形、长桁架桥等现象，将热校形实验结果与模拟结果对比，验证模型的准确性。

1）项目研究报告；

一十七、飞机总线检测技术研究

针对飞机总装阶段，数据总线敷设不良导致总线传输性能下降，数据畸变概率提高，数据总线传输不一致等问题，拟对飞机数据总线性能及故障进行研究，实现飞机数据总线性能及可靠性的检测统计，提高总线线缆敷设的合理性，从而提高飞行安全。

本项目拟采用飞机总线虚拟仿真及测试技术。

在线缆一端，仿真数据链路层，网络层，传输层和应用层标准的数据包，并在总线线缆的另一端对其完整性进行检查，检查并统计各层对应的数据包的畸变，评测总线线缆的通信性能及可靠性。

另外，研究多总线从不饱和数据包到“泛洪”的饱和数据通信情况下的性能及可靠性，为总线线缆的敷设科学性提供检测量化依据。

通过飞机总线性能及可靠性检测研究项目的实施，能够实现飞机总线电缆敷设后的性能评价，评估飞机总线电缆敷设工艺和方案，完善工艺规范，提高飞机总线电缆敷设的科学性。

1）完善相关工艺规范；

一十八、飞机线缆故障定位关键技术研究

现代飞机正在向多电化方向发展,使线缆的使用量越来越多,导致飞机线缆纵横交错，庞大繁杂。

在飞机制造过程中,飞机线缆敷设安装以后,在机载设备安装前需要对飞机线缆进行完整性检查,以避免由于线缆原因而增加机载设备调试难度。

如果飞机线缆中存在故障，就需要在不拆除大量飞机线缆固定装置和飞机夹层的前提下，能够在多分支和多连接件的飞机线缆网络内快速确定故障位置，以便于维修与更换。

为此，研究飞机线缆故障定位技术，可以提高飞机制造装配工作效率，消除飞机线缆故障隐患，保证飞机安全。

1）通过设计扩展频谱时域反射参考信号，以克服飞机线缆转接头信号衰减的