2024年大型飞机数字化设计制造技术应用综述.docx

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1、大型飞机数字化设计制造技术应用综述北京航空航天高校飞行制造工程原于勇陶剑M三W现代大型客机是先进的喷气技术和计算机技术亲密结合的岛技术产物，但当今世界上大型民用运输机市场被欧洲空中客车公司和美国波音公司所主宰，其他国家（如俄岁斯等被逐步地边缘化,尤其体现在空客R380和波音787E机的研发上，其竞争特别激烈，充分体现了国家的战略利益和民族的意志.同时,A380和波音787飞机的研发使大型民用运输机的数字化技术又达到了一个新的1.度.大觉民用运机的发展在民用航空运输业中，大型客机占据漏肯定的统治地位,大型客机在民航运输中也称作干线运输机,它一般指客座大于150、段重30-50t以上、满毂航程大于

2、300Okm的大中型客机，有时把客座大于400的称作超大型客机，如波音747客机利空客公司最新研制的A380客机。按航程划分，现在常把满客航程大于600010000km的称为中/远程干发运输机，航行于国际觥戏上的多是这类飞机，一般是具有双通道的宽体客机；把满客航程在5000k三以下的称为中/近程干线运抬机，航行于国内各大城市之间的多是这类飞机,常被称为国内干级飞机，它们一般是双发单通道的窄体客机，如空客A320和波音737系列机，还有种较小的常常飞行在国内局部区域，从大城市到中小城市飞行，我客在120人以下，称作支线客机，如庞巴迪CRJ系列机、巴西的ERJ系列机、中国的ARJ和俄罗斯的SSJ客

3、机等这类客机也是单通道的支线客机.大型飞机研制的困难性飞机制造业，特殊是大型飞机制造业不同于一般的机械加工工业，由于其产品困难度高，技术难度大，它是一个国家具有战略性的高技术产业，是现代科技高度集成的产物它它是衡Jit一个国家科技、工业水平和综合国力的生耍标记之一.,.45位”也：EYHt4中华慢计I1.回生珂niri-tnjtMX幌港ftKPrM1.M3M5MTM9Mi1.M11M”M2M4M1.OMI2MI4匕立Fa飞机产品IA*完或飞机同悲fcHH,咫日正式府动QwNN大型民用运机的磁斛阶段大型客机产品极其困难，具有气动外形要求严格、设计更改频繁、产品构型众多、零件材料和形态各异、内部结

4、构困难、空间紧漆、各类系统布置密集以及零组件数加巨大等特点,美国的波音747大型客机，每架事件数属多达600万件，兑中连接件为300万个，风洞吹风达1500Oh,电缆总长27伙。其研制阶段多、周期长，如空客A380大型客机，从方窠可行性到交付运用,正式进入航线，共用了19年时间。大鞭客机的寿命K，如波白777的设计寿命IO年.以后还接着服务20-30年.总寿命可达70年.波音737和747客机的服务年限都超过了皿年-i架大型飞机研制.须要全球协同.定部件供应商数千家,如A380客机的供应商达1万多家，研制过程数据管理困垂。更重要的是保证飞机平安飞行所需的各种设备,如通信、导航、显示和E行限制等

5、软硬件设备都需泥纳高新技术。目前还有严格的环境爱护要求,如污染ft放要少、噪音要低以及燃油利用率要高.所以.从飞机的整个研制过程来看,即从颈齐提出对飞机的用户要求起先，直至飞机设计、制造、交付出厂以及投入航线后的服务工作，飞机的研制过程是一个浩大的系统工程.数字化设it-造技术应用特点在近年来的大型民用运尬机的研制中,无论是空客A380客机,还是波音787客机的研制，都充分体现了数字化技术是企业的核心竞争力，是产品创新发展的最有力工具.因此，数字化技术的应用，无论在深度和广度上都有了巨大的发展，其特点体现在以下5个方面。传统的飞机确艇过程1数字化技术从根本上变更了产品研制方法现代飞机研制方法,

6、从原有的基于物理（实物）样机的串行方式演化成基于数字样机的并行方式.以洛克希他马丁公司为例，原有的传统研制过程和方法大体分3个阶段：概念设计、初步设计和生产设计阶段.在这3个设计阶段中，都霰绘制模饯和制作物理样机来帮助技术人员精确地设计飞机和便置&机的内部空何，研制过程是串行的，产品定义信息的传递是不连续的,其缺点众所周知.在现代新机研制中,In然此产处的研制阶段没有多大变更.但是，它的模线和物理样机全都出产品的数字化定义或数字样机所替代，而旦其研制过程是并行的，便于实现多学科的悔同设计。表I波音BOS-600系列规莅IBDS-600干慢老的定义教情集的一“I2BDS-60I*干僧戈的重R-敦

7、博怪物根赘的K叫3BDSYO2务干模鱼的富幺一数IitStHTRSC4BDS-6I0事干恰女的定义-就体细定义5BDSYr干慢型的定义CAT1.AV56BDS-624，干懵夕的定义-EDS(UG)7BDS-Mn*千模曼的;ts机g件8BDS-M1.*干幡才的定义-金”炭N半停9BDS-M2干快皂的定义-Mrt=和豌件IOBDS-M4*干快亶的走幺-失乜复材*杵件I1.BDS-Z7，干惶恭的定幺-於四碑心!淡12BDS-A5I*干检复的定义一零件的另一斡枚呆方法13BDS(千枸5S的主义一装配件14BDS-(24千模!S的工又-寻找童装配准接线电逑装左ISBDSH04干模型的主文-配，忤It模要

8、求此外，其仍同模式也由原来的基于IPT的集中式协同，发展成为基于网络的分布式讲同,即产品设计协同团队IPT不用再集中到一地,而是分布在世界各地,通过网络进行协同设计，交换产品的相关设计佶息,波音在设计波音787客机中，就通过全球协同网络环境(GCE),采纳了这一G先进的协同方式。波音公司在研发波音787客机中,不仅侨同方式有了重大发展,而且其研制工作的重心也发生了重大，专变，波音原来是把飞机产品的各零部件设计信息分发给供应商去制造，波音监管者全部产品的研制诳度和质心，取终负货飞机的对接总装和成飞交付，即波音负成者全部飞机的设计工作，但在研制波音787客机中波音做出世大变革，它仅负贡飞机的总体设

9、计，把工作城极其繁重的具体设计工作交给了部件的制造单位(波音的合作方)进行.最终波音仅负责十几个大部件的对接总奘工作.波音的这种“抓两头”的做法是特别科学的，它不仅大幅度地减轻了波音公司的工作信.更柬要的是具体设计是生产性设计，这部分设计由地了解产品如何制造的企业来做是最合适的,波音的这种设计模式也代表了今后飞机产品的设计方向.2数字化技术贯穿了安个产品研M过程数字化协同研制是以业务过程为中心,具有跄地域J多企业的、动态的研制特征.从协同研制全局目标百，产品数字化协同研制中有横向多学科办同研制MD0和纵向(产品全生命周期的协同)2种模式.选于模型的人体工程模拟仿真在这2种工作模式的基础上,以产

10、品数字化定义的研制过程为对望.相处于孤立和离散状态的参与研制的不同企业/部门/人员/信息整合起来协同工作,并得到完成任芬所需的完整的数字化产品信息描述，保证了研制过程中不同阶段、不同部门和不同团队之间工作的并行及信息的连续和有效,充分体现了数字化技术贯穿了整个产品研制全过程,足数字化条件下的飞机结构设计的多学科优化研制模式.首先.必需组建研制所涉及学科的多学科团队(IPT).所涉及学科必用有自己的有效的分析模型和设计标准,全部的模型必筋卷数化。经过数字化的多学科优化后，确定以终的设计变收时，结合几何外形人员所进行的放样和气动外形的风洞仿真试脸结果。空客公司从20242024年,组织欧洲多个国家

11、的63个公F参与了V1.YACE(Ya1.UeInprovenentthroughaVirtua1.Aeronautica1.Co1.IaborativeEnterprise)系统探讨日，共经饕了1年时间，构建了多学科协同研制MDO的系统框架，并在3个肮空领域一一f1.升机、E机和发动机，从可行性探讨、概念设计巴到具体设计的全生命周期里进行了应用性探讨.在空客A30的研制过程中,充分利用了多学科协同研制的思想进行飞机的设计.JJW-I基于模型定义的波袋787时按总装伤口数字化技术不仅体现在设计过程中，也体现在后续的制造环节中。波音公司在我彻数字化技术的同时还实行了精益生产。在此过程中，为了便于

12、产品的数据管理和构里限制.把飞机产品分成了几千个模块,在构型限制时依据有效性使客户飞机产品由不同的模块组成，并相应地对生产流程划分成3个精简作业流程(TBS)：TBS1.,TBS2(A.B)和TBS3,依据模块性质，不同模块分属到3个就简作业流程中,这样，完全实现了产晶数字化定义的数据能畅通地传递到飞机制造和装配厂的生产卜游，井H至飞机的运用和维护。在波音787客机的研制中,还构建了飞机的物理模型、制造模型、性能模型和维护模型”协同设计团队由早期的DBT(DesignBuiIdTeaa)发展到IPT(IntegratedProductTam),以及最新的1.CPT(1.iveCyc1.ePro

13、ductTeam)。它从先一方面，体现了数字化技术贯穿了整个产品研制过程。3数字化定义技术向IBD(全三雉)技术发Ji由于在通常的CAD系统中,工程技术人员所建立的产M数字化模型仅是三维几何模型，而制造工艺信品还在二雉图纸上。这样仅依据三维几何模型往往难以进行产品的生产和检脸,也就是说一：维模鞭中技术人员不能以简洁明白的方式招生产工艺、模具设计与生产、部件装配、部件与产品检.险等工序所必济的设计意图添加诳来.三维模型虽然包含了二维图纸所不具备的具体几何形态信息,但三处模型中却不包括尺寸和公差的标注、表面粗糙度、表面处理方法、热处理方法、材质、结合方式、间隙的设置、连接范困、制滑油涂刷范的、颜色

14、、要求符合的规格与标准等仅粘几何形态而无法表达的(非几何)信息.另外,在三维建模中,基于形态的注择提小、关键部位的放大图和剖面图等能够更为敏捷而合埋地传达设计意图的手段也存在不足”这在实际工程中就产生既用三维模型，又离不开：维图纸的冲突状态。从数据管理看，数据源的二元性，难以保持数据的一样性。域于这些所面格的严岐问题，美国机械工程师悔会于1997年在波讦公司的帮助下起先进行有关MBD(MOde1.BasedDefinition)标准的探i寸和制定工作.于2024年成为美国国家标准“Y14.41DIGITA1.pROHJCTDEFINITIONDATRPRACnCES”（数字化产品定义数据的实施

15、）.波音公司在本标准基础上，做了进-步研发工作,制定了公司的舰于模型定义MBI）技术应用规范BDS-600系列（下实上还有几百项与MBD相关的现范，如表1所示.在此过程中其主导思想不能只是简洁地符二维图纸的信息反映到三维数据中,而要充分利用：维模型所具备的表现力，去探究便于用户理解且更具效率的i殳计信息友达方式，其中包括大量的非几何信息，如零件衣、设计规范和工艺信息等。这样，才能不再运用百年来的工程加语言一一蓝图二维图纸）。而在贯彻HBD思想时，最为四难的是“要从二维图纸文化这种现有概念中跳出来,从零起先探讨新的信息表达方式”.为此,首先应针对概念设计、初步设计、具体设计、生产打算、评估与检验等每个阶段,弄清晰“哪些是产M制造中所必需的信息”.而这些信息都体现在MBD技术应用现莅BDSYOO系列中，并且波音在研制波音787客机中得到了很好的巩彻，己取得了特别明亚的进展，而且也得到国际上的广泛认同.4数字化定义技术与其他先进技术相合随着计算机技术、数控加工及成形技术、数字化测状技术、复材构件成形技术和先进装配技术的不断发展，以及精益生产、并行工程