汪俊杰 劉吉 朱以剛 夏金保

摘要：基于逆向工程技術(shù)對(duì)某型飛機(jī)襟翼導(dǎo)流片制作工藝進(jìn)行研究，采用3D激光掃描儀掃描襟翼導(dǎo)流片，采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并建立三維模型，結(jié)合襟翼導(dǎo)流片蒙皮的制作工藝特點(diǎn)，制作了襟翼導(dǎo)流片并驗(yàn)裝，驗(yàn)證了逆向工程方法優(yōu)化襟翼導(dǎo)流片制作工藝的可行性。

關(guān)鍵詞：逆向工程；襟翼導(dǎo)流片；蒙皮；制作工藝

Keywords：reverse engineering；flap guide vane；skin；manufacturing process

0 引言

為提升某型飛機(jī)機(jī)翼的升力，提高起飛和著陸性能，在機(jī)翼后部裝有后退式襟翼，但因原始設(shè)計(jì)和制造的原因，該襟翼導(dǎo)流片存在上下蒙皮整體拉伸成形后導(dǎo)流片截面尺寸大的一端蒙皮較薄的缺陷。在飛行過(guò)程中，襟翼導(dǎo)流片在高速氣流沖擊和發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)雙重影響下容易產(chǎn)生裂紋。如能有效改善襟翼導(dǎo)流片蒙皮易產(chǎn)生裂紋問(wèn)題，不僅能提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低維護(hù)成本，還可縮短飛機(jī)維修停場(chǎng)周期。

1 逆向工程概述

逆向工程是利用各種數(shù)字掃描技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)有的物理模型重建樣品的三維模型，從而對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)、修改和制造，最終對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行加工的過(guò)程。該方法可快速、準(zhǔn)確地生成復(fù)雜曲面，并能在計(jì)算機(jī)造型過(guò)程中對(duì)原型進(jìn)行創(chuàng)新。

逆向工程技術(shù)作為現(xiàn)代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)之一，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。在鈑金加工過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到難以測(cè)繪的較大復(fù)雜曲面，通過(guò)逆向工程技術(shù)，在數(shù)據(jù)集成技術(shù)的支持下進(jìn)行復(fù)雜曲面重構(gòu)，可以提高測(cè)繪的精度，節(jié)約時(shí)間，有效解決產(chǎn)品復(fù)雜外形測(cè)繪難的問(wèn)題。根據(jù)測(cè)繪的產(chǎn)品三維模型，在軟件中對(duì)其進(jìn)行處理，結(jié)合產(chǎn)品的制作工藝，可改進(jìn)加工工藝，提高產(chǎn)品的制作效率和精度。

2 襟翼導(dǎo)流片制作工藝

2.1 制作工藝流程

航空修理企業(yè)傳統(tǒng)的襟翼導(dǎo)流片制作工藝流程如下：

1）分解損傷嚴(yán)重的襟翼導(dǎo)流片；

2）對(duì)襟翼導(dǎo)流片上下蒙皮進(jìn)行壓延、放樣，并按放樣后的實(shí)物尺寸下料；

3）采用蒙皮拉形設(shè)備對(duì)下料的板材進(jìn)行拉伸成形；

4）鉚接襟翼導(dǎo)流片上下蒙皮。

2.2 制作工藝分析

分析襟翼導(dǎo)流片制作工藝流程發(fā)現(xiàn)，襟翼導(dǎo)流片上下蒙皮進(jìn)行壓延后并不是一個(gè)完全平整的板料，該板料尺寸與襟翼導(dǎo)流片蒙皮的實(shí)際尺寸有偏差，以該板料進(jìn)行下料并拉伸成形得到的襟翼導(dǎo)流片蒙皮可能與實(shí)際尺寸差別較大，耗費(fèi)的時(shí)間較多，且造成板材的浪費(fèi)。

襟翼導(dǎo)流片上下蒙皮材料為L(zhǎng)Y12M-δ0.6mm，通過(guò)板料整體拉形而成。在采用蒙皮拉形設(shè)備對(duì)板料拉伸成形的過(guò)程中，板料在開(kāi)始階段為彎曲變形，后期為塑性變形。該段襟翼導(dǎo)流片較長(zhǎng)（1458mm），兩端尺寸相差較大，截面尺寸大的一端蒙皮需要“放邊”的程度較高。板料在塑性變形過(guò)程中，體積保持不變，因此，“放邊”較大的區(qū)域蒙皮相對(duì)較薄。襟翼導(dǎo)流片蒙皮通過(guò)整體拉伸成形，容易造成截面尺寸大的一端的導(dǎo)流片蒙皮相對(duì)較薄，蒙皮較薄的區(qū)域結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對(duì)較低，該區(qū)域在高速氣流沖擊和發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的雙重影響下容易產(chǎn)生裂紋，給襟翼導(dǎo)流片的后期使用帶來(lái)了一定的質(zhì)量隱患。

2.3 制作工藝改進(jìn)

由上述分析可知，采用壓延工藝方法得到襟翼導(dǎo)流片上下蒙皮的尺寸后再下料并整體拉伸成形得到的襟翼導(dǎo)流片蒙皮可能與實(shí)際尺寸偏差較大，原因在于襟翼導(dǎo)流片上下蒙皮進(jìn)行壓延后不是一個(gè)完全平整的板料。針對(duì)此現(xiàn)象，采取如下改進(jìn)措施：采用3D激光掃描儀測(cè)量待分解的襟翼導(dǎo)流片外表面，對(duì)測(cè)量的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以處理后的數(shù)據(jù)建模。在模型中展開(kāi)襟翼導(dǎo)流片上下蒙皮，展開(kāi)后的尺寸即為襟翼導(dǎo)流片上下蒙皮的毛料尺寸。

同時(shí)，針對(duì)襟翼導(dǎo)流片上下蒙皮整體拉伸成形容易造成部分區(qū)域蒙皮相對(duì)較薄的現(xiàn)象，采取如下改進(jìn)措施：采用分段下料拉伸成形，再鉚接得到整體曲面蒙皮。對(duì)襟翼導(dǎo)流片模型上下蒙皮進(jìn)行分割，分割比例為2：3和3：2，分別以分割的模型尺寸下料，然后對(duì)毛料拉伸成形。該方法采用先分段下料成形、后“錯(cuò)縫”鉚接蒙皮的方式，縮短了需要拉伸蒙皮的長(zhǎng)度，對(duì)拉伸蒙皮的“放邊”要求相對(duì)較小，較好地改善了出現(xiàn)較薄蒙皮的現(xiàn)象。為了防止分割蒙皮在使用過(guò)程中熱脹冷縮產(chǎn)生擠壓變形，分割的上下蒙皮分別預(yù)留2mm的縫隙對(duì)接鉚接，襟翼導(dǎo)流片制作成形后在縫隙處涂XM-33密封膠。根據(jù)力學(xué)強(qiáng)度計(jì)算分析，采用預(yù)留縫隙對(duì)接鉚接的襟翼導(dǎo)流片強(qiáng)度能夠滿足使用要求。

3 襟翼導(dǎo)流片的制作及驗(yàn)裝

3.1 襟翼導(dǎo)流片三維模型

3D激光掃描儀測(cè)量依靠激光傳遞數(shù)據(jù)，在不接觸待測(cè)物體表面的情況下即可完成測(cè)量。該方法具有測(cè)量效率高、不會(huì)對(duì)零件表面造成損傷、對(duì)環(huán)境要求低、工作距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于異形曲面的數(shù)據(jù)采集。然而，測(cè)量過(guò)程中可能會(huì)受到被測(cè)零件表面質(zhì)量的影響，設(shè)備的缺陷也可能對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響，數(shù)據(jù)采集過(guò)程中可能出現(xiàn)一些“跳點(diǎn)”或者“壞點(diǎn)”，因此在重構(gòu)曲面模型之前需要對(duì)測(cè)量的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括：消除測(cè)量數(shù)據(jù)的噪聲點(diǎn)；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)；去除冗余數(shù)據(jù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。

采用3D激光掃描儀對(duì)襟翼導(dǎo)流片進(jìn)行掃描，采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)建立三維模型，如圖1所示。對(duì)比建立的模型尺寸和實(shí)物尺寸，匹配性較高。在模型軟件中將襟翼導(dǎo)流片上下蒙皮展開(kāi)，如圖2所示。以“展開(kāi)曲面”命令展開(kāi)圖2中的上下蒙皮，得到兩張四邊形板材，如圖3所示。

3.2 襟翼導(dǎo)流片的制作

為了提高制作的襟翼導(dǎo)流片質(zhì)量，本文基于逆向工程技術(shù)，結(jié)合導(dǎo)流片蒙皮的制作特點(diǎn)，對(duì)襟翼導(dǎo)流片制作工藝進(jìn)行了優(yōu)化，工藝流程如下：

1）通過(guò)3D激光掃描儀采集襟翼導(dǎo)流片外形尺寸的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)建立三維模型；

2）在軟件中對(duì)襟翼導(dǎo)流片模型上下蒙皮進(jìn)行分割，上蒙皮分割尺寸設(shè)定為2A/5、3A/5，寬度為模型中測(cè)量尺寸；下蒙皮分割尺寸設(shè)定為3B/5、2B/5，寬度為模型中測(cè)量尺寸，如圖4所示；7B0E54E4-595B-4624-91E1-B0838A8D0742

3）展開(kāi)襟翼導(dǎo)流片模型中的分割蒙皮得到板料尺寸，以該尺寸進(jìn)行放樣、下料、拉伸，得到襟翼導(dǎo)流片蒙皮，對(duì)襟翼導(dǎo)流片蒙皮進(jìn)行編號(hào)；

4）按照上述襟翼導(dǎo)流片分割比例，以鐵皮剪沿分割線剪裁需更換的襟翼導(dǎo)流片蒙皮；

5）剪裁完成后，參照?qǐng)D5原位鉚接一塊該處的襟翼導(dǎo)流片蒙皮，如圖6所示；

6）對(duì)四塊需更換的襟翼導(dǎo)流片蒙皮進(jìn)行更換，修光蒙皮邊角處的毛刺，在對(duì)縫處涂XM-33密封膠，如圖7所示。

3.3 襟翼導(dǎo)流片的驗(yàn)裝

按照裝配工藝要求對(duì)制作好的導(dǎo)流片進(jìn)行安裝，步驟如下：

1）鉚接導(dǎo)流片上下蒙皮處的合頁(yè)；

2）用通條連接導(dǎo)流片上下蒙皮處的合頁(yè)；

3）安裝襟翼導(dǎo)流片端肋處下蒙皮的墊板，同時(shí)完成端肋與下蒙皮的鉚接；

4）安裝襟翼導(dǎo)流片普通肋、加強(qiáng)肋和端肋處尾邊條；

5）安裝襟翼導(dǎo)流片連接用的螺栓；

6）將襟翼導(dǎo)流片用螺栓安裝固定在襟翼前緣的T型材上，如圖8所示；

7）安裝完成后，測(cè)量襟翼導(dǎo)流片到主襟翼的垂直距離。

襟翼導(dǎo)流片安裝完成后，經(jīng)測(cè)量，導(dǎo)流片兩端到相鄰的襟翼滑架距離均在工藝要求范圍內(nèi)。對(duì)比襟翼導(dǎo)流片舊件和新件的6個(gè)支撐肋板下方中點(diǎn)到主襟翼的垂直距離，數(shù)值均在工藝要求范圍內(nèi)，如表1所示。

4 結(jié)論

通過(guò)3D激光掃描儀采集某型飛機(jī)襟翼導(dǎo)流片點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立三維數(shù)據(jù)模型，對(duì)比建立的模型尺寸和實(shí)物尺寸，匹配性較高。采用該工藝制作的襟翼導(dǎo)流片已在某型飛機(jī)上裝機(jī)使用，安全飛行數(shù)千小時(shí)，滿足飛機(jī)的使用要求，襟翼導(dǎo)流片蒙皮易裂紋的問(wèn)題得到了很好的改善。逆向工程技術(shù)可推廣到大型異形鈑金件的制造上，對(duì)異形鈑金件的設(shè)計(jì)也有一定的參考價(jià)值。

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