周 勇 徐云甫 李繼東 趙 婕 段 萍

（北京衛(wèi)星制造廠有限公司，北京 100094）

1 產(chǎn)品特點(diǎn)

490NG發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)材支架（如圖1所示）是東四平臺(tái)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它是與星體之間的物理接口，承受了從研制到在軌運(yùn)行整個(gè)壽命期內(nèi)的各種載荷。490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架測調(diào)是衛(wèi)星結(jié)構(gòu)部裝階段的關(guān)鍵工序，裝調(diào)精度及效率關(guān)系衛(wèi)星部裝質(zhì)量及進(jìn)度。

490NG發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)材支架結(jié)構(gòu)形式與原DFH-4平臺(tái)490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架構(gòu)造基本相同，由法蘭盤、接頭1、2和6根碳/環(huán)氧復(fù)合材料連接桿件以及3個(gè)連接角盒組成[1]。支架的角盒、接頭以及3組連接桿沿圓周按120 °均勻分布。連接桿與接頭之間使用常溫固化膠膠接，接頭再與法蘭盤膠螺。支架通過角盒與承力筒連接，490NG發(fā)動(dòng)機(jī)安裝于法蘭盤面上。法蘭盤和角盒為鋁（2A12T4）機(jī)加件，如圖1所示。

圖1 490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架示意圖

490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板是測調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)支架所使用的工裝，支架和工裝的位置關(guān)系由3處定位銷保證，確保模板中心和支架中心重合，通過測調(diào)模板使490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架精度滿足要求。在整個(gè)490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架測調(diào)過程中，安裝模板不僅傳遞尺寸精度，還保證了發(fā)動(dòng)機(jī)安裝的正確性，因此發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板是整個(gè)測調(diào)環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵要素。

2 傳統(tǒng)測調(diào)方法

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)接口狀態(tài)

2.1.1 支架與發(fā)動(dòng)機(jī)接口狀態(tài)

490NG發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)材支架接口精度要求主要是為保證490NG發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配精度，其體現(xiàn)形式為位于Ф162 mm分度圓上的3-M5螺紋孔的位置度要求，第一孔從+X坐標(biāo)軸向+Y坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)45 °，3個(gè)螺紋孔呈均布狀態(tài)。490NG發(fā)動(dòng)機(jī)安裝面離整星基準(zhǔn)面的距離為（75±0.2） mm，復(fù)材支架與490NG發(fā)動(dòng)機(jī)相同。

2.1.2 支架與承力筒接口狀態(tài)

490NG發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)材支架與承力筒的接口形式與DFH-4平臺(tái)衛(wèi)星490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架狀態(tài)相同，通過3個(gè)連接角盒與承力筒側(cè)壁上的M5孔套相連，角盒上Ф6.5 mm連接孔及Ф5 mm公差H9的定位孔在裝配時(shí)配打，如圖2所示。

圖2 支架與承力筒的連接設(shè)計(jì)

與中心承力筒安裝位置距離對(duì)接框基準(zhǔn)面高度為346 mm，滿足與運(yùn)載接口要求中規(guī)定的發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝位置與對(duì)接框基準(zhǔn)面高度大于25.4 mm的要求。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)支架測調(diào)指標(biāo)

490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架的精度如下：1） 發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝面與整星基準(zhǔn)面的距離為Z=（75±0.2）mm。2） 發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝490NG發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝點(diǎn)組成圓的軸線與整星基準(zhǔn)軸同軸度為φ0.5 mm。3） 發(fā)動(dòng)機(jī)支架對(duì)接面與整星基準(zhǔn)面平行度為0.2 mm。

2.3 傳統(tǒng)測量方法

發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板測調(diào)合格后，將發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝到模板上，如圖3所示。因此模板的測調(diào)精度需優(yōu)于發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝精度，具體要求如下：1） 安裝面與整星基準(zhǔn)面的距離為Z=（75±0.1） mm。2） 模板定位銷組成圓的軸線與整星基準(zhǔn)軸同軸度為φ0.3 mm。3） 模板提供的490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝面的高度偏差小于0.1 mm。4） 支架模板的象限與整星坐標(biāo)系象限偏差小于0.05 mm。

圖3 模板測調(diào)安裝圖

模板測調(diào)流程如下：1） 建立裝配基準(zhǔn)，調(diào)整整星部裝支架與裝配平臺(tái)水平且同軸，用經(jīng)緯儀配合轉(zhuǎn)臺(tái)，測量支架模板提供的490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝面的高度，采用調(diào)整墊片方式將安裝面高度調(diào)整至設(shè)計(jì)要求值。2） 用經(jīng)緯儀測量支架模板象限與整星坐標(biāo)系的象限偏差，在部裝支架的象限處作相應(yīng)標(biāo)記。部裝支架和星體間采用3處定位銷嚴(yán)格定位，此時(shí)做的象限標(biāo)記就是整星象限。3） 測量整星和支架模板四處象限線的綜合偏差，由+X象限起每次旋轉(zhuǎn)90 °逐個(gè)測調(diào)，確定其需要調(diào)整的方向和位移量，重復(fù)上述過程，直至精度指標(biāo)滿足要求，如圖4所示。

圖4 采用經(jīng)緯儀測調(diào)過程示意圖

3 問題分析

此測調(diào)方法滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，經(jīng)過多年飛行驗(yàn)證，證明了該測調(diào)方法安裝490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架的可行性，但是還存在一些問題。

3.1 效率方面

3.1.1 測量時(shí)間長

經(jīng)緯儀需要經(jīng)過四次象限的測瞄，連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)3次，才能得到完整的象限偏差數(shù)據(jù)，綜合4個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算才能確定調(diào)整量。

3.1.2 流程煩瑣

數(shù)據(jù)測量和支架模板安裝位置調(diào)整無法并行。

3.1.3 過程效率低

該方法為目測象限線方式，測量過程無法轉(zhuǎn)換成直觀的位移量數(shù)值，調(diào)節(jié)量控制存在一定的盲目性，有依賴操作者的經(jīng)驗(yàn)。

3.2 精度控制方面

3.2.1 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)誤差

裝調(diào)過程涉及多次轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，反復(fù)調(diào)整，平臺(tái)實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)理想回轉(zhuǎn)軸線會(huì)有位置偏差，其象限累計(jì)誤差大于0.2 mm。

3.2.2 系統(tǒng)誤差

模板象限線刻線粗細(xì)程度和儀器精度會(huì)影響最終精度的控制。在發(fā)動(dòng)機(jī)銷孔位置確定的高精度測調(diào)過程中，通過象限線來確定模板位置，存在自身引入誤差的隱患。

4 方法改進(jìn)

為了減少不可控因素，提高效率，盡可能地依靠一些固定的特征要素為數(shù)據(jù)測量提供支持。采用發(fā)動(dòng)機(jī)支架模板表面設(shè)計(jì)的3個(gè)定位銷孔，用于安裝定位490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架。受激光跟蹤儀數(shù)據(jù)可視化啟示，通過圖紙算出發(fā)動(dòng)機(jī)模板三銷孔在整星坐標(biāo)系中的相對(duì)位置坐標(biāo)，采用激光跟蹤儀實(shí)時(shí)監(jiān)測模式，將測調(diào)過程中模板的移動(dòng)數(shù)值可視并量化，能直觀、高效地完成測調(diào)，并滿足鑒定及載荷條件，結(jié)構(gòu)模態(tài)阻尼比ζa=0.05的精度要求[2]。以下為具體實(shí)施過程。

4.1 測調(diào)過程準(zhǔn)備

用激光跟蹤儀建立整星裝配基準(zhǔn)，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)支架理論位置以確定調(diào)整目標(biāo)。整星坐標(biāo)系的原點(diǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)支架的幾何中心，依靠在直徑162 mm分度圓上、以120 °夾角均布的3處定位銷，建立統(tǒng)一的裝配基準(zhǔn)，如圖5所示。

按建立的整星坐標(biāo)系，通過3處銷孔的幾何位置關(guān)系得出理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)，見表1。該數(shù)值即為后續(xù)測調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板上3處銷孔的目標(biāo)值。

表1 整星基準(zhǔn)下銷孔的理論位置（單位：mm）

4.2 試裝發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板

固定并粗調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)支架模板和部裝支架相應(yīng)位置，確保其能在滿足的精度范圍內(nèi)調(diào)整。

圖5 建立測量基準(zhǔn)

4.3 數(shù)據(jù)測調(diào)及調(diào)整

將激光跟蹤儀測量球置于模板的3個(gè)銷孔處，通過其“實(shí)時(shí)監(jiān)測”功能對(duì)比得出安裝模板上銷孔坐標(biāo)與基準(zhǔn)坐的標(biāo)偏差。采用“分步調(diào)整、逐步趨近”的思路，對(duì)支架模板三銷孔在XOY平面內(nèi)的位姿調(diào)整，確保其最終實(shí)際值與測調(diào)目標(biāo)值≤0.03 mm，則發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板測調(diào)過程結(jié)束。

4.4 精度復(fù)測

測調(diào)結(jié)束后，采用經(jīng)緯儀復(fù)測象限偏差，滿足設(shè)計(jì)要求的象限偏差＜0.05 mm的指標(biāo)，證明此方案可行，見表2。

表2 激光跟蹤儀測量和經(jīng)緯儀復(fù)測結(jié)果對(duì)比（單位：mm）

5 后續(xù)改進(jìn)

為了進(jìn)一步提高測調(diào)效率，應(yīng)用以下思路對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。由于上述改進(jìn)的測調(diào)方法每次都需要重新建立測量基準(zhǔn)，重新測調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板的位置。后續(xù)可以在部裝支架與發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板上配置2處定位銷孔，當(dāng)安裝模板滿足精度后，用定位銷確定發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板與部裝支架之間的位置關(guān)系，如圖6所示。

圖6 配制工裝定位銷孔

優(yōu)點(diǎn)為在后續(xù)型號(hào)裝配中，將發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板用定位銷釘與部裝支架相對(duì)位置固定，只需要調(diào)整部裝支架位置精度合格，就可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)支架模板精度合格。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，該方法可以滿足設(shè)計(jì)精度的要求，見表3。

表3 使用定位銷固定安裝模板前后數(shù)據(jù)對(duì)比（單位：mm）

6 結(jié)果及效益分析

結(jié)果及效益分析如下：1） 490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架模板和部裝支架進(jìn)行改造，只需要將在模板與部裝支架兩者間安裝定位銷，復(fù)測精度即可使用，不需要重新測調(diào)。2） 測調(diào)490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架模板的方法固定了特征要素和測量基準(zhǔn)，消除了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)致的測量誤差，精簡了繁雜的測調(diào)步驟，避免了多次復(fù)驗(yàn)，同時(shí)使測調(diào)過程更直觀和迅速，使產(chǎn)品精度和生產(chǎn)時(shí)間變得更加可控。3） 490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架目前應(yīng)用于所有東四平臺(tái)及部分其他平臺(tái)衛(wèi)星，改進(jìn)后的方法測調(diào)效率提高了50%以上，經(jīng)濟(jì)效益得到了明顯的提升。

7 結(jié)語

根據(jù)大型衛(wèi)星結(jié)構(gòu)產(chǎn)品大尺寸、高精度、多品種以及小批量的特點(diǎn)，提高效率、保證質(zhì)量、降低成本、快速反應(yīng)是目前航天制造領(lǐng)域探尋的新的重要模式。利用該方案對(duì)490NG發(fā)動(dòng)機(jī)支架安裝模板測調(diào)的新方法，優(yōu)化和縮短了測量流程，提高了測量效率和精度，有效地避免了人為誤差和設(shè)備旋轉(zhuǎn)誤差，解決了測量過程煩瑣和不準(zhǔn)確的問題。在對(duì)同類衛(wèi)星的關(guān)鍵部件進(jìn)行測調(diào)時(shí)，此成功經(jīng)驗(yàn)有借鑒作用。