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飞机装配工装结构分析与优化技术摘要：飞机零部件装配、最终装配和检验不可缺少的技术装备是飞机装配工装，对飞机的发展起着重要的作用。
在传统工艺中，飞机生产准备占飞机开发周期的一半以上，工装设计和制造是飞机生产准备的主要组成部分之一。
工装的刚度定位精度在飞机装配中起着非常重要的作用，直接影响到认证产品的装配。
关键词：飞机装配；工装设计；关键技术飞机是现代经济发展和发展的主要因素，在设计和开发中，为了提高飞机终装配性能，及时控制结构部件的装配结构，确保结构部件的控制，为装配控制技术的综合应用奠定了基础。
一、飞机装配工装概念与常规的机械产品不同,飞机的产品结构和工作环境特殊。
其产品需要高精度,低刚度,大尺寸,许多零件和薄壁结构。
为了保证飞机装配的准确性和产品互换的协调,在飞机装配过程中使用了特殊的生产设备,即飞机装配工装。
飞机装配工装是飞机装配过程中需要定位的大型机械夹具,以保证飞机产品在空间中装配的可互换性、协调性和准确性。
飞机装配工装设计通过设计规划、概念设计、详细设计和更改设计来实现,设计规划是初步拟定,概念设计是产品轮廓设计,是装配的决定性因素,设计集成,快速装配布局,为详细装配步骤提供了良好的基础。
设计建模是后期查询和引用的重要部分。
二、飞机装配工装国内外研究现状目前我国飞机装配主要依靠经验和类似设计，设备设计不合理，整体水平相对落后，性能良好。
虽然采用了CATIA应用设计等CAD技术，但CAE技术并未得到充分利用，仅对设备的关键部件进行了测试和验证，对设备设计进行了一些修改。
与西方先进的飞机相比，它拥有大量的工具，质量高，生产周期长，成本高，质量不足和质量过剩，阻碍了产品装配质量的提高和飞机制造业的发展。
波音(Boeing)和达索(Dassault)等国际飞机制造商一直在进行飞机数字化制造的技术研究和并行项目，大大缩短了生产周期和生产成本。
波音公司在其MSC设计过程中使用CATIA 3D实体建模工具。
一般飞机结构组成飞机结构和一般的机械结构相比具有自身的特殊要求：▪气动要求∙ ∙ ∙✓保证构造外形满足总体设计规定的外形准确性▪结构完整性要求∙ ∙ ∙✓是确保飞机安全寿命和高可靠性的重要条件之一∙ ∙ ∙✓主要包括机体结构的强度、刚度、损伤容限及耐久性等▪最小质量要求▪使用维护要求▪工艺性要求▪材料要求钣金零件的分类分类方法内容按材料品种板材零件、管材零件、挤压型材零件按材质种类铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、不锈钢、合金钢和普通钢板等零件按零件结构特征蒙皮、框板、肋骨、梁、整流罩、带板和角材等零件按工艺方法下料、压弯、拉弯、滚弯、绕弯、拉深、拉形、落压、旋压、闸压、橡皮成形、喷丸成形、爆炸成形、局部成形、超塑性成形与超塑性成形／扩散连接等零件按零件成形温度冷成形零件和热成形零件按零件变形特征分离工序和成形工序零件钣金零件变形的基本原理主要是“收”和“放”收：依靠板料的收缩变形成形零件，表现为板料纤维缩短，厚度增加放：依靠板料的拉伸变形成形零件，变现为板料纤维伸长，厚度减薄飞机钣金零件广泛采用铝合金、镁合金、合金钢及钛合金等。
钣金零件的成形过程及热处理退火：将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后缓慢冷却，使金属内部组织达到平衡状态正火：将工件加热到适当温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能淬火：将工件加热保温后，在水、油、或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。
淬火后钢件变硬，同时变脆回火：为了降低钢件的脆性，将淬火后的材料在某一适当的温度进行长时间的保温，再进行冷却。
淬火和回火常常配合使用为提高铝合金钣金件的抗腐蚀性能，一般要进行表面处理阳极氧化（分为无色阳极化和黄色阳极化）——通过电化学作用使铝合金表面生成一定厚度的致密的Al2O3氧化膜，这种氧化膜具有很好的抗腐蚀能力和附着力黑色金属一般涂油保护，零件表面处理方法可采用电镀（镀锌、镀镍、镀铬、镀镉飞机钣金件生产的第一道工序是使所需要的板料或毛料从整体板料分离开，即下料下料方法有很多，常根据毛料的几何形状、尺寸大小、精度要求、产量和设备条件进行选择主要方法有：剪裁、冲裁、铣切、锯切和熔切等剪裁是利用剪切设备将板料或型材等原材料分离出来的方法常用的剪切设备有：龙门剪床（剪板机）、多条板料滚剪机、圆盘剪切机、振动剪切机等铣切下料是利用高速旋转的铣刀沿一定曲线对成叠的毛料按样板进行铣切一般适用于数量较大、外形为曲线的展开料尺寸较小的毛料用钣金铣下料大尺寸展开料可采用回臂铣钻床和龙门靠模铣床锯切按所用刀具形式分为带锯、盘锯、摆锯和砂轮锯切等，适用于有色金属下料锯切常用于型材和管材的下料砂轮锯切是用高速旋转的薄片砂轮切割工件，适用于钢、钛和耐热合金的切割，不适用于较软的材料熔切常用于外形复杂的厚钢板零件的下料可分为氧气切割、等离子切割、激光切割、超声波切割等其他下料方法还有高压水切割、数控下料等冲压是利用模具在冲压设备上对板料施加压力(或拉力)，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的制件的加工方法，这类模具统称为冲模。
机翼翼盒卧式装配相比立式装配的优势分析发布时间：2021-07-28T10:29:46.933Z 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：代宗仁[导读] 近年来，随着全复合窗扇的诞生，也出现了窗扇水平装配线。
本文分析了国内外大型飞机的翼盒制造方案，从装配工艺、装配工具的设计、对自动化设备的要求和工作平台的设计等方面入手，介绍了传统的大型飞机机翼盒制造方案。
中航西安飞机工业集团股份有限公司代宗仁 710089摘要：翼盒通常安装在垂直位置。
近年来，随着全复合窗扇的诞生，也出现了窗扇水平装配线。
本文分析了国内外大型飞机的翼盒制造方案，从装配工艺、装配工具的设计、对自动化设备的要求和工作平台的设计等方面入手，介绍了传统的大型飞机机翼盒制造方案。
垂直组装方法。
翼盒和有抱负的水平盒。
通过对翼盒拼装垂直拼装和水平拼装的优缺点进行详细讲解和分析，为国产复合机翼未来的发展奠定了技术基础。
关键词：金属材料机翼;复合材料机翼;立式装配;卧式装配引言本文通过对盒立式与卧式进行对比分析，对复合材料装配进行了现状分析以及具体方案进行研究，从而找到最佳的施工方式，为后续复合机翼的安装方案提供参考意义。
1现状分析1.1 翼盒垂直组装传统机翼箱体主要由前缘、后缘、铝合金加强筋、顶底壁板等部件组成，传统结构为金属双梁结构。
典型的翼盒结构如图 1 所示。
目前，空客A320系列、A340和A380、波音737、767以及国产ARJ21、C919的翼盒金属结构均采用立式组装。
自动化技术在飞机总装领域越来越广泛，各大制造商都把自动化技术通过位置调整等技术与自动冲压、装配工具等技术相结合，对翼盒垂直装配方案进一步进行升级，逐渐形成了日益完善的翼盒垂直装配方案。
1.2 翼盒水平组装随着时代的发展，复合材料的优点越来越明显，与传统材料相比，具有比强度和比刚度高、热膨胀系数低、抗疲劳和阻尼能力强、结构和材料设计能力强、易于整体成型等优点，使传统铝合金材料逐渐被取代，复合材料在飞机机身上的应用越来越广泛，目前已逐渐成为新型飞机的主流材料。
飞机机翼结构剖析机翼是飞机的重要部件之一，它就好比鸟儿的翅膀。
飞机之所以能在天上飞，靠的就是机翼产生的升力！不过除了提供飞机升力，机翼其实还有许多辅助功能，比如悬挂发动机、存储燃油、控制飞机水平翻转、减速等。
因此在机翼上还有很多特别设计的“机关”，也许经常坐飞机的朋友会注意到，但是不一定说得出这些机关的名字和具体作用。
今天，我们就和大家聊一聊飞机的机翼！机翼如何产生升力？众所周知，机翼的主要功能就是产生升力，让飞机飞起来，那么它为什么能产生升力呢？这还得从飞机机翼具有独特的剖面说起。
我们把机翼横截面的形状称为翼型，翼型上下表面形状是不对称的，顶部弯曲，而底部相对较平。
当飞机发动机推动飞机向前运动时，机翼在空气中穿过将气流分隔开来。
一部分空气从机翼上方流过，另一部分从下方流过。
日常的生活经验告诉我们，当水流以一个相对稳定的流量流过河床时，在河面较宽的地方流速慢，在河面较窄的地方流速快。
空气的流动与水流其实有较大的相似性。
由于机翼上下表面形状是不对称的，空气沿机翼上表面运动的距离更长，因而流速较快。
而流过机翼下表面的气流正好相反，流速较上表面的气流慢。
根据流体力学中的伯努利原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小，这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高。
换句话说，就是大气施加于机翼下表面的压力(方向向上)比施加于机翼上表面的压力(方向向下)大，二者的压力差便形成了飞机的升力。
机翼有多坚固？机翼除了提供升力之外，还必须得承重。
飞机在天上飞的时候，整个机身的重量几乎都是由机翼给“托”着的。
飞机在地面上的时候，机翼还得悬臂“举”着重重的发动机，像A380、747这样的巨无霸飞机，单片机翼还得悬臂“举”起两个发动机，要知道A380的单台发动机自重就达8吨。
因此，机翼必须得足够坚固。
目前主流的民航客机的机翼结构采用的是双梁单块式，前后有两根梁，之间又有很多的翼肋，这样梁和肋就组成了机翼的内部骨架结构，外侧是蒙皮和壁板设计。
基于CATIA的多工位机翼翼盒装配方法摘要:基于CATIA软件提出一种先进的多工位机翼翼盒装配方法。
采用骨架、蒙皮壁板、架下工位和装配孔定位的装配方式，引入机械手自动制孔设备实现壁板与骨架的叠层制孔。
采用激光扫描测量技术使翼盒骨架外形与壁板内形之间的间隙得到补偿。
对翼盒骨架装配框架进行有限元分析，仿真结果得出下梁最大变形量为0.04 mm，满足装配型架的要求。
关键词:多工位翼盒；装配型架；有限元分析1.序言由于飞机结构非常复杂，零部件数量多、尺寸大、刚性小、且极易变形，而最终装配成形后的机体气动外形要求又十分严格[1]。
传统的飞机装配采用固定位置的机库式装配方式，现场杂乱拥堵，装配工作混乱，作业活动范围大，飞机总装周期长，无法满足现代飞机装配周期短、效率高、精度高的生产要求[2]。
各大飞机制造公司都在积极的开展飞机制造技术的研究，努力将人工劳动密集的装配作业变成高效高质量的先进自动化设备作业方式[3]。
采用多工位自动化装配方法能够适应不同飞机机型、批量、架次、装配工艺、环境和时间的装配需求，在限定的环境下迅速完成装配任务，达到质优、高效、低成本的目标[4]。
B747、B777 等多个型号飞机机身壁板采用柔性工装定位、自动化设备连接、数字化测量设备引导定位与检验，提高了装配效率和装配质量[5]。
空客系列飞机的机翼壁板装配定位则采用了一种行列式柔性工装来完成，其与高速铆接机床有机地融合在一起，形成了壁板自动化装配单元[6,7]。
在国内，北航研发了制孔末端执行器[8]，并在ABB机械手上开发了自动制孔系统，该系统孔定位精度为±0.3mm，制孔效率为4个/min。
柯映林[9,10]团队采用激光跟踪仪对装配位置偏差进行实时补偿从而提高其装配精度，装配误差小于0.3mm。
李永超[11]等提出了在翼盒装配过程中采用水平式装配单元的方法，以盒式连接技术为基础，运用六足定位装置使得飞机翼盒的柔性固持部分和型架达到自动化要求。
中空玻璃设备之立式设备与卧式设备的区别
中空玻璃设备有卧式设备和立式设备之分，卧式设备比较简单，设备投入资金比较少，相对立式设备自动化程度和生产效率要低一些。
卧式设备主要包括：卧式玻璃清洗干燥机、卧式玻璃加热辊压机（复合胶条式中空玻璃必选）、丁基胶涂布机、翻转涂胶台、分子筛灌装机和合片台。
卧式设备适合比较小型的加工厂起步阶段使用，设备投资比较少，基本上在10万以内，生产效率基本在每班300平米以下。
立式中空玻璃生产线，由立式玻璃运输机、立式三级玻璃清洗烘干机、立式玻璃平压合片机、玻璃运输机等设备组成，另外配上丁基胶涂布机、分子筛灌装机、双组份涂胶机、旋转涂胶台、铝条切割机等辅助设备，设备总投资在15万或者以上。
生产效率能够达到每班700平方左右，同时工人需求能够减少1-2人。
济南是全国最大的中空玻璃设备生产基地，设备的技术比较成熟，性价比高。
主要的知名品牌有德佳、赛信、华天宏威。
机翼翼盒立式装配与卧式装配对比浅析作者：郭云郭文娟王浩宇
来源：《中国科技纵横》2020年第02期
摘要：机翼翼盒通常采用立式姿态进行装配。
近年来随着全复合材料机翼的诞生，翼盒卧式装配生产线也应运而生。
本文通过分析国内外大型飞机的机翼翼盒制造方案，从装配流程、装配工装设计、自动化设备需求和工作平台设计等方面着手，对传统的翼盒立式装配与新
兴的翼盒卧式装配进行详细阐述，并进一步分析立式装配与卧式装配的优缺点，为未来国产复合材料机翼研制积累技术基础。
关键词：金属材料机翼;复合材料机翼;立式装配;卧式装配
中图分类号：V224 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）02-0058-02
1 现状分析
1.1翼盒立式装配
传统的机翼翼盒为金属材料双梁式结构，主要由前缘、后缘、铝合金翼肋和上、下壁板等零组件组成，典型翼盒结构见图1。
目前金属结构的机翼翼盒，如空客的A320系列、A340和A380，波音的737、767，以及国产的ARJ21、C919等，都采用了立式姿态进行装配。
近些年随着自动化技术在飞机装配方面的逐步应用，各大飞机制造商与航空装备制造商相互合作，对翼盒立式装配方案进一步修改完善，将柔性调姿定位和自动化制孔等技术与装配工装相结合，制定了相对成熟的机翼翼盒立式装配方案。
1.2翼盒卧式装配
进入新世纪以来，复合材料的比强度和比刚度高、热膨胀系数小、抗疲劳能力和阻尼性强，以及结构与材料的可设计性强、易于整体成型等诸多特点受到了飞机制造商的青睐。
因此复合材料在飞机机体上的应用比重不断增大，逐步取代了传统的铝合金金属材料，成为了新一代飞机的主体结构材料。
广义上的全复合材料机翼是指除翼肋采用金属结构外，翼盒的前梁、后梁、上壁板和下壁板均采用高强度碳纤维复合材料。
空客的A350XWB，波音的787和
777X等，都采用了全复合材料机翼[1]。
针对大尺寸复合材料机翼翼盒的装配特点，国外航空装备制造商提出了卧式装配的理念。
最新研制的空客A350XWB和波音的777X等飞机，其机翼制造都采用了由美国Electroimpact 公司设计的翼盒卧式装配生产线。
以空客A350XWB机翼卧式装配生产线为例，该生产线包含了若干站位。
在第一站位，采用飞行姿态完成产品定位。
操作工人手工完成前缘组件、后缘组件、翼肋和上、下壁板等主要零组件的定位，并采用自动制孔设备制定位孔、安装临时紧固件;在第二站位，采用大型龙门制孔设备完成翼盒上翼面连接孔的制取，采用移动制孔设备完成翼盒下翼面连接孔的制取;第三站位设置有大型工作平台，主要用于辅助工人手工完成翼盒紧固件的安装;在第四站位，工人借助三维辅助投影设备完成后缘系统支架的安装。
在交付前，机翼还需运输至位于布劳顿的另外一个厂房，完成前缘口盖、燃油系统和线束支架等的安装工作。
波音公司的B777X飞机复合材料机翼翼盒也采用了卧式装配生产线，在装配站位划分与装配工装设计等方面与A350XWB存在微小差异。
2 立式装配与卧式装配方案对比
2.1装配工装设计
翼盒装配工装应包含前缘组件定位器、后缘组件定位器、翼肋定位器、壁板保型装置、自动制孔设备、多功能工作平台等多项子工装，用来完成翼盒装配过程中零组件的姿态调整、定位和保型等。
各项子工装需协调设计，在使用过程中互不干涉。
翼盒立式装配时通常采用前缘组件向上、后缘组件向下的放置姿态，翼肋以竖直姿态吊装上架定位。
立式装配姿态便于翼盒零组件定位器的布置，便于产品零组件的上架。
同时，采用立式装配姿态时，通过合理配置多层工作平台，可更好的满足工人施工的空间需求。
翼盒采用卧式装配姿态时，前缘、后缘组件采用保型吊挂或保型运输车进入翼盒装配工装定位，翼肋采用吊装方式入位，上壁板采用保型装置吊装上架，下壁板采用保型装置通过AGV地面运输上架。
翼盒在采用卧式装配时，应特别注意大尺寸复合材料壁板的保型问题。
由于复合材料存在各向异性的特点，复材壁板成型后易产生翘曲变形等问题。
因此，根据复材壁板的材料特性可设计一套低应力保型装置，减少壁板在运输、吊装和定位等过程的变形。
参考A350XWB机翼的装配方案，壁板保型机构可设计为点阵式真空吸盘保型装置（图2），在吸盘内设置有刚性限位机构，可准确控制壁板在运输、吊装和定位过程中始终处于理论位置[2]。
2.2工作平台设计
工作平台设计是机翼翼盒工装设计中非常重要的一个环节。
在翼盒装配过程中，操作工人需要借助工作平台完成零组件定位、制孔、涂膠和连接等繁多工序。
工作平台设计应需具有气源、电源、液压控制等功能。
当装配对象为复合材料机翼时，工作平台还需设置与厂房吸尘系统的接口。
翼盒立式装配的工作平台主要分布于翼盒上、下翼面两侧，根据翼盒产品尺寸及装配型架尺寸的大小，工作平台通常设置2层-3层，在每层平台上同时配置有小型工作梯，从而实现工作区域的全覆盖。
翼盒卧式装配工作平台则分为内、外工作平台两部分。
内部工作平台指翼盒下翼面可移动工作平台，操作工人可通过该移动平台完成下壁板的制孔、连接等工序。
内部工作平台还应具有快速撤出工作区域的功能，不影响机翼翼盒下架运输的物流通路。
外部工作平台指翼盒装配
工装两侧的工作台，工人可通过外部工作平台到达翼盒上表面，完成翼盒上翼面的制孔、连接等工序。
2.3产品下架运输
采用立式装配时，翼盒下架需借助产品吊挂从型架一侧出架，并通过翻转吊挂或翻转台将翼盒翻转至水平姿态（见图3、图4）。
采用卧式装配时，翼盒可通过采用AGV运输车托举水平出架。
3 立式装配与卧式装配优缺点分析
通过对翼盒立式装配方案与卧式装配方案进行对比，分析得出两种装配方案的优缺点如下：
3.1制造成熟度
近年来，国外飞机制造商通过在A320系列、B737MAX等大尺寸机翼制造中，对翼盒立式装配方案进一步完善，将自动化技术与立式装配工装相结合，形成一套成熟的立式装配方案。
国内经过C919等大飞机的研制，在翼盒立式装配方面也积累了一定的经验[3]。
在卧式装配方面，国外目前现有三条复合材料机翼翼盒卧式装配生产线，分别为
A350XWB、B787和B777X。
国内方面，卧式装配方案仅在某些小型金属材料部件（例如中央翼翼盒等）装配中开展验证性应用。
3.2产品装配质量
翼盒采用立式装配时，由于翼根处高度落差较大，厂房内温度因随高度变化呈垂直分布，进而形成温差，造成装配工装的顶部与底部热膨胀变形不一致，影响飞机的装配精度。
卧式装配方案可减小温差效应，从而提高飞机装配精度。
同时，翼盒形成封闭区后，操作工人需进入翼盒内部进行连接、涂胶等工作。
采用立式装配时，工人需借助壁板长桁在翼盒内部攀爬施工。
但当装配对象为复合材料翼盒时，由于壁板与长桁采用胶接形式，踩踏长桁会造成在胶接处产生缺陷的可能。
因此，复合材料的机翼翼盒应尽可能采用卧式装配姿态。
4 结语
全复合材料结构机翼已成为衡量飞机先进性的一个重要标志，国内的航空制造业由于起步较晚，在复材装配方面技术基础积累较少，与国外相比存在不小的差距。
针对国内在大尺寸复合材料机翼装配方面经验不足的现状，需参考国外复合材料翼盒装配案例，对翼盒立式装配和
卧式装配作进一步分析调查，同时结合国内现有的技术基础，确定一套适合国内复合材料机翼研制的装配方案，加快复合材料机翼翼盒的研制进程。
参考文献
[1] 倪楠楠.先進复合材料在无人机上的应用[J].航空材料学报，2019（05）：45-60.
[2] 陈雪梅，刘顺涛.飞机数字化装配技术发展与应用[J].航空制造技术，2014，445
（z1）：58-65.
[3] 范军华，杨锋.国内外先进飞机装配技术对比及思考[J].现代制造技术与装备，2016（07）：183-185.。
