大型飞机多体复杂结构装配协调基础理论与关键技术研究

Assembly coordination for multibody complex structure of large aircraft is one of the key technical difficulties, which urgently need to be surmounted, in aircraft industry. In this project, we will intensively investigate posture alignment in assembly and assembly gap control. Based on multisource-coupling physical simulation, assembly deformation models considering thermal deformation and other factors for aircraft subassemblies are constructed. The measured values of the key characteristics of the aircraft subassemblies are corrected based on the constructed deformation models. Integrating nonlinear optimization, a new method for the computation of posture alignment parameters is developed to achieve high quality and high efficiency in posture alignment in assembly. An assembly gap model with respect to skeleton and panel considering the coupling of multiple error sources is constructed. Based on the model and small-sample historical measured values, the solving of probability distribution characteristics of the assembly gap is studied. In addition, a control strategy of the assembly gap on the basis of multi-section constraints, as well as a optimization method based on swarm intelligence algorithms of the constrains’ loading sequences, are developed. Thus effective control of assembly gap is available. This project will provide basic theories and technical supporting for the development and applications of assembly systems for multibody complex structures such as outer and inner wing-boxes of large aircraft.

大型飞机多体复杂结构装配协调是目前航空工业亟需攻克的技术难题之一。本项目围绕装配位姿协调和装配间隙控制两方面展开深入研究。基于多源耦合物理仿真，建立综合热变形等多要素的飞机组件装配变形模型。基于该变形模型修正组件关键特征实际测量值，结合非线性最优化理论，形成一种组件位姿协调参数计算新方法，实现高精度和高质量装配位姿协调。建立考虑多误差源耦合作用的“骨架-壁板”装配间隙模型，在此基础上，研究基于小样本历史数据的装配间隙概率分布特性求解方法，提出基于多截面约束的装配间隙控制策略以及基于智能群体算法的多截面约束作用顺序优化方法，实现装配间隙的有效控制。为外翼翼盒、中央翼盒等大型飞机多体复杂结构装配系统的研制和应用提供理论基础和技术支撑。

面向我国大飞机发展重大战略需求，紧密结合大型飞机外翼翼盒装配的工程实际，围绕大型飞机多体复杂结构装配协调的关键科学技术问题，在大型飞机多体复杂结构装配位姿协调、壁板与骨架装配间隙控制、装配加工协调误差控制等方面开展系统性的研究，具体包括：.（1）在大型飞机多体复杂结构装配位姿协调方面，提出了一种多装配对象位姿协调过程抽象方法，阐明了基于最佳匹配和数字化调姿定位系统的多装配对象位姿协调原理，建立了大型飞机多体复杂结构装配变形多源耦合物理仿真模型，分析了热变形、重力变形要素对飞机结构位姿协调过程的影响机理，提出了综合热变形等多要素的大型飞机结构装配位姿协调方法，解决了多场耦合条件下大型飞机多体复杂结构高质高效位姿协调难题。.（2）在大型飞机多体复杂结构壁板与骨架装配间隙控制方面，研究了异型误差源导致的骨架装配偏差建模方法，提出了基于模糊区间的偏差源和装配偏差模型表征方法，提出了基于模糊区间分析的骨架装配偏差分析方法，提出了基于自由曲线积分的装配间隙计算方法，提出了基于多截面约束的装配间隙控制策略，设计了一套基于分段气囊充气压紧的装配间隙控制装置，提出了多截面约束作用顺序优化方法，实现了大型飞机多体复杂结构装配间隙高效抑制。.（3）在大型飞机多体复杂结构装配加工协调误差控制方面，建立了综合多要素的大型飞机结构加工协调误差分析模型，提出了大型飞机结构加工协调误差综合方法，提出了基于多传感器伺服的自动钻铆设备定位精度增强方法，研究了用于翼盒注胶孔加工协调误差控制的沟槽特征定位方法以及加工协调误差对窝深精度的影响与控制，实现了大型飞机多体复杂结构精准制孔。.项目执行期间，取得了一系列创新成果，发表SCI论文5篇、EI论文2篇，申请及授权国家发明专利8项，研究成果为大型飞机多体复杂结构装配质量控制提供了理论和技术支持，多项研究成果已在我国大型飞机数字化装配中得到了成功应用。