摘 要： 針對飛機機翼被鳥擊后的快速修復(fù)提出了簡便、經(jīng)濟、精確的精模襯墊微敲修復(fù)法，該方法的關(guān)鍵是襯模設(shè)計，為此分析了機翼微小創(chuàng)傷的修復(fù)原理，提出了三種修復(fù)方案，并對比其優(yōu)缺點，最終以木質(zhì)疊板為襯模材料，三坐標(biāo)測量儀為數(shù)據(jù)獲取工具，數(shù)控銑床及磨床為加工設(shè)備的理念完成機翼襯模的設(shè)計，并得到實際應(yīng)用驗證，其結(jié)果良好能夠滿足修復(fù)要求。

關(guān)鍵詞： 機翼修復(fù)； 模具設(shè)計； 逆向工程； 襯模

中圖分類號： TN919?34； 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）02?0026?03

0 引 言

近年來我國民航業(yè)發(fā)展非常迅速，飛機數(shù)量大幅增加，航班數(shù)量猛增，航班密度也越來越大，總的來說對飛機維修行業(yè)在安全性、可靠性和經(jīng)濟性上均提出了很高的要求[1]。以往飛機維修必須到指定地點進行維修，這樣就需要投入大量的運輸費用，同時增加了飛機的停場時間[2]。現(xiàn)在由于航班總量劇增，航班密度增大，相同延誤率下延誤的絕對數(shù)量劇增，密集航班帶來的連環(huán)延誤影響面逐漸變大。

為了降低維修費用及飛機停場時間，在保證安全運行的前提下，目前國內(nèi)各航空公司在解決微小型創(chuàng)傷的問題上不斷尋求新的維修方法，以實現(xiàn)本地機場、短時精準(zhǔn)維修。董宇以降低維修成本實現(xiàn)維修生產(chǎn)計劃的優(yōu)化為目的，借助南方航空公司沈陽維修基地對飛機維修生產(chǎn)計劃簡單的優(yōu)化模型進行了驗證[1]。作者提出了飛機優(yōu)化方案的實質(zhì)是成本的優(yōu)化，并介紹了飛機優(yōu)化模型及優(yōu)化過程，通過具體試驗證明南航沈陽飛機維修基地的生產(chǎn)管理水平有了一定的提高。

目前國內(nèi)外對飛機機翼微小創(chuàng)傷修復(fù)方法各異，代永朝等人基于某型飛機的LY12cz鋁合金蒙皮裂紋不對稱膠接修補理論計算的基礎(chǔ)，提出了3層EW220玻璃纖維編織布，階梯型粘貼修補蒙皮裂紋的方法[3]。作者制造了合適的樣件，通過拉伸試驗和疲勞試驗說明粘貼修補蒙皮裂紋方法的可行性。試驗結(jié)果表明，EW220玻璃纖維補強修理鋁合金裂紋可顯著抑制裂紋的擴展，且疲勞壽命得到了較為明顯的提高。羅守華等人針對戰(zhàn)傷飛機蒙皮修補產(chǎn)生的氣動影響因素展開研究，結(jié)果表明修理補片對機翼的升力、阻力和力矩系數(shù)影響相對較小[4]，修理補片對局部載荷分布會有明顯的影響，但局部載荷相對整機很小，實際的修理補片對飛機氣動載荷和對氣動特性的影響，可以忽略不計。李艷等人研究了飛機蒙皮鉚接修理不同方案下的修理效果[5]。作者通過有限元法分析了兩種不同修補模型下鉚釘所承受載荷區(qū)別，說明了鉚接修理的可行性及其鉚接修理方案選擇的重要性。同時也為實際修補提供了可靠的設(shè)計數(shù)據(jù)。

然而目前針對機翼鳥擊微小型創(chuàng)傷借助精準(zhǔn)模具，經(jīng)過均勻受力使凹坑復(fù)原法的研究較少。為此本文針對飛機機翼微小創(chuàng)傷修復(fù)模具的設(shè)計進行討論，并得到國航某小型飛機的鳥擊機翼凹坑修復(fù)的驗證。

1 飛機機翼微小創(chuàng)傷修復(fù)要點分析

本文主要解決的是國航內(nèi)蒙古分公司某小型飛機的鳥擊機翼。該飛機在著陸時，機翼被鳥擊而形成凹坑，影響了飛機的正常飛行，圖1為鳥擊機翼。

由于機翼形體復(fù)雜，整體需要符合空氣動力學(xué)原理，維修不當(dāng)可能會導(dǎo)致嚴(yán)重飛行事故，所以維修過程一定要保證其修復(fù)精度。

飛機機翼內(nèi)部為空腔，對于凹坑的修復(fù)，如果采用直接敲擊的方法則修復(fù)精度無法保證，同時可能把完好的機翼部分損傷。為了達到高修復(fù)精度的要求，文中提出了精模襯墊微敲修復(fù)法，即把機翼襯模塞入機翼凹坑部位，然后采用橡膠錘均勻施力，敲擊凹坑部位，使凹坑部位逐漸恢復(fù)。該方法的關(guān)鍵就是要有高精度的機翼襯模。要保證機翼襯模的精度，一要保證襯模加工精度高，二要保證襯模的材料在擊打時自身不易變形。

2 修復(fù)機翼襯模方案的確定

基于上文分析，針對飛機機翼微小創(chuàng)傷修復(fù)襯模的設(shè)計提出了如下3套方案：

（1） 以石膏為襯模材料，對創(chuàng)傷部位脫膜后進行材料填補，然后采用鉗工方法進行表面處理，保證機翼表面曲面特性。該方法操作簡單、取材容易，但鉗工修復(fù)過程精度保證比較繁瑣，且修復(fù)過程模型易碎。

（2） 以硬質(zhì)金屬為襯模材料，對機翼首尾段截面及截面間的機翼表面進行數(shù)據(jù)測量，然后通過逆向工程技術(shù)[6?8]完成數(shù)據(jù)擬合，以計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造（CAD/CAM）技術(shù)[9]轉(zhuǎn)換為機翼實體模型，并生成數(shù)控銑床的加工程序，進行模具加工，并通過數(shù)控磨進行精修。

（3） 采用木質(zhì)疊板為襯模材料，對機翼首尾段截面及截面間的機翼表面進行數(shù)據(jù)測量，然后通過逆向工程技術(shù)完成數(shù)據(jù)擬合，以CAD/CAM技術(shù)轉(zhuǎn)換為機翼實體模型，并生成數(shù)控銑床的加工程序，進行模具加工，并通過數(shù)控磨進行精修。

對比以上三套方案，方案一最為簡單，但由于石膏凝固后脆性較大不易加工而無法保證模具的精度，同時也無法保證修復(fù)時模具的完整性，所以方案一最終被放棄；方案二和方案三幾乎具有相同的工藝過程，只是材料不同，經(jīng)過驗證均能保證修復(fù)精度，但方案二材料相對昂貴、加工困難、加工時間長，相比之下方案三既能保證模具的精度，同時也具有加高經(jīng)濟效益，所以方案三被最終選定為飛機微小創(chuàng)傷修復(fù)模具的最佳方案。

3 飛機機翼襯模的設(shè)計

3.1 飛機機翼襯模數(shù)據(jù)的獲取

飛機機翼襯模的形狀由于有實物作為依據(jù)，所以模具設(shè)計的關(guān)鍵就是模具數(shù)據(jù)的獲取，其精度的高低直接關(guān)系到修復(fù)的效果。由于機翼龐大，無法利用現(xiàn)有測量設(shè)備進行測量，所以修復(fù)模具一般采用分段設(shè)計，但機翼又不能破壞，最終按照文中提供的方案三進行數(shù)據(jù)的采集，且首先用石膏進行鑄模，這樣方便獲得機翼損傷部位的內(nèi)表面實際數(shù)據(jù)。

測量設(shè)備采用三坐標(biāo)數(shù)控測量儀CLY?11?545KJJ[10]進行，該測量儀的測量范圍在x向為500～2 000 mm，y向為400～600 mm，z向為500～600 mm，定位精度為±0.005 mm，分辨率為0.001。利用三坐標(biāo)數(shù)控測量儀對石膏托模進行數(shù)據(jù)測量，通過紅鉆石測頭的敏感性對機翼石膏模型表面進行接觸式測量，利用測量儀數(shù)控系統(tǒng)自動計算并記錄測點坐標(biāo)值，整合多點數(shù)據(jù)形成機翼內(nèi)表面的數(shù)據(jù)云圖。圖3為三坐標(biāo)測量儀。

3.2 飛機機翼襯模模型的逆向成型

對三坐標(biāo)測量儀的云圖數(shù)據(jù)文件進行逆向處理，首先對點云中不規(guī)則數(shù)據(jù)進行剔除，整理成合適規(guī)則的云圖；然后把數(shù)據(jù)文件輸入到三維CAD軟件中，轉(zhuǎn)換為曲面圖形；最后通過三維CAD軟件提供的曲面到實體功能模塊建立機翼襯模的實體模型。實體模型見圖4。

3.3 飛機機翼襯模模型的數(shù)控加工

在確定飛機機翼襯模模型的基礎(chǔ)上結(jié)合方案三進行數(shù)控加工工藝的制定。根據(jù)機翼實體模型可知，加工過程涉及到平面和曲面加工，所以利用三軸五聯(lián)動數(shù)控銑床能夠達到目的，且數(shù)控銑床的加工精度能夠達到半精加工的要求。模型修復(fù)過程主要依靠的是機翼曲面部分，所以對其精度的要求要更為嚴(yán)格，所以加工后期需要配置相應(yīng)的精加工工藝，文中設(shè)計了數(shù)控外圓磨來完成最后工序，以達到高精度的要求。圖5為飛機機翼襯模加工的工藝過程。

4 總 結(jié)

文中提出飛機機翼微小創(chuàng)傷——鳥擊凹坑的修復(fù)模具設(shè)計，通過文中的設(shè)計方法可以簡單、快捷、經(jīng)濟、準(zhǔn)確的修復(fù)了飛機機翼微小創(chuàng)傷。通過設(shè)計可得到：

（1） 飛機機翼修復(fù)模具要保證足夠的精度和簡單的加工工藝。

（2） 飛機機翼修復(fù)模具必須要有高精度的模型數(shù)據(jù)，可通過數(shù)控測量儀獲取。

（3） 飛機機翼修復(fù)模具要安排合理的工藝和恰當(dāng)?shù)臄?shù)控設(shè)備。

參考文獻

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