趙罡，李瑾岳，徐茂程，張鵬飛,*

1. 北京航空航天大學(xué) 機械工程及自動化學(xué)院，北京 100191 2. 北京航空航天大學(xué) 航空發(fā)動機研究院，北京 100191

裝配是航空發(fā)動機制造過程的集成樞紐，裝配工藝過程涵蓋了零件、成附件、組件、單元體、主單元體直至整機的全部裝配與分解過程[1]，裝配成本高昂，工作量占整機生產(chǎn)的50%以上[2]，是直接統(tǒng)籌、控制產(chǎn)品整體質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于發(fā)動機產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量、可靠性、成本等有著重要的影響。

隨著航空發(fā)動機產(chǎn)品質(zhì)量要求逐步提高和批量化生產(chǎn)需求增大，航空發(fā)動機裝配體系越來越復(fù)雜，也進一步推動了航空發(fā)動機裝配技術(shù)的快速發(fā)展。近些年國內(nèi)外眾多學(xué)者對航空發(fā)動機裝配相關(guān)的科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)、先進裝備、控制測試等方面展開了研究[1,3-4]，在裝配機理、數(shù)字化技術(shù)、自動化技術(shù)、智能化技術(shù)等方面取得了較多成果。本文分析了航空發(fā)動機裝配需求與難點，針對典型航空渦扇發(fā)動機核心機裝配過程，對航空發(fā)動機關(guān)鍵裝配技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行了系統(tǒng)總結(jié)，在介紹典型航空發(fā)動機裝配工藝及裝配技術(shù)體系構(gòu)成的基礎(chǔ)上，以現(xiàn)存問題為牽引，從發(fā)動機裝配性能影響因素的角度梳理了裝配機理的研究現(xiàn)狀，歸納并總結(jié)了數(shù)字化、自動化裝配技術(shù)及先進測試技術(shù)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用特點，分析并提出了當(dāng)前研究存在的主要問題，在此基礎(chǔ)上闡述了航空發(fā)動機裝配技術(shù)的發(fā)展前景。

1 典型航空發(fā)動機裝配工藝

高推重比、高機動性的性能特點要求航空發(fā)動機具有輕質(zhì)重載、緊湊封閉的結(jié)構(gòu)特性，剛性相對較弱。受到工作階段復(fù)雜的熱載荷、慣性載荷及氣動載荷的耦合作用，其裝配狀態(tài)易于退化偏移。比如，高溫度和高溫度變化梯度環(huán)境易于導(dǎo)致零部件乃至整機的變形不協(xié)調(diào)，而高速回轉(zhuǎn)運動則要求保持整機高同軸度及低不平衡量。因此，高性能要求及其臨界材料結(jié)構(gòu)特性對裝配提出了極高的工藝精度和穩(wěn)定性要求。而發(fā)動機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計余量小，難以通過完全互換法滿足精度要求，需要嚴(yán)格控制裝配公差并抑制裝配過程誤差的傳遞累積效應(yīng)。

在整個發(fā)動機裝配過程中，核心機裝配是裝配精度要求最高、裝配工藝最復(fù)雜、裝配難度最大的環(huán)節(jié)，其過程也最具代表性。因此，現(xiàn)以某型航空渦扇發(fā)動機核心機裝配過程為例，簡要說明典型的裝配工藝過程及相關(guān)工裝、測試技術(shù)，借以指出航空發(fā)動機裝配關(guān)鍵技術(shù)及需求。

如圖1所示，航空發(fā)動機核心機主要由高壓轉(zhuǎn)子和機匣組成，其中高壓轉(zhuǎn)子包括高壓壓氣機轉(zhuǎn)子組件和高壓渦輪轉(zhuǎn)子組件，機匣包括前機匣組件、燃燒室機匣組件等。核心機裝配過程包括裝前測量、高壓轉(zhuǎn)子試裝、機匣試裝以及核心機總體裝配等4個步驟，其主要工藝過程如下：

1) 裝前測量。在裝配前測量核心機各零件關(guān)鍵特征。主要測量項包括：高壓壓氣機各級盤、高壓渦輪各級盤、篦齒封嚴(yán)盤以及各段機匣的連接結(jié)構(gòu)配合面跳動量，零件直徑、高度等關(guān)鍵幾何特征以及葉片質(zhì)量矩等物理特征。

2) 在轉(zhuǎn)子堆疊平臺上對高壓壓氣機轉(zhuǎn)子和高壓渦輪轉(zhuǎn)子進行堆疊同心度測算與相位優(yōu)化，并利用擰緊槍、盲腔擰緊等工藝裝備結(jié)合溫差工藝實現(xiàn)連接。在此基礎(chǔ)上，在轉(zhuǎn)子動平衡設(shè)備上實現(xiàn)平衡測量，并基于葉片排布等方法實現(xiàn)平衡校正。

3) 在機匣試裝平臺上實現(xiàn)機匣零組件跳動測試及優(yōu)化調(diào)整，并利用擰緊槍等工藝裝備實現(xiàn)連接工藝。

4) 利用核心機總裝平臺，通過施加擰緊工藝、檢測工藝等，依次安裝高壓壓氣機轉(zhuǎn)子、高壓壓氣機機匣、高壓渦輪轉(zhuǎn)子、燃燒室機匣，并通過潤滑、密封等，實現(xiàn)核心機最終裝配。

如上所述，航空發(fā)動機裝配對象是具有特殊材料與復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的發(fā)動機零部件，裝配過程的典型工藝包括螺栓擰緊工藝、回轉(zhuǎn)體/近回轉(zhuǎn)體堆疊裝配工藝、平衡工藝、溫差裝配工藝等，部分裝配過程的精度要求可達微米級。因此，航空發(fā)動機裝配是高復(fù)雜度、高精度、多工藝交叉的復(fù)合裝配過程，涉及力學(xué)、信息學(xué)、數(shù)學(xué)、機械等多學(xué)科交叉，對于裝配機理、自動化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、測試技術(shù)等提出了很高的要求。

2 航空發(fā)動機裝配技術(shù)體系

從理論研究和技術(shù)裝備研發(fā)角度來看，航空發(fā)動機裝配技術(shù)體系包含裝配機理、數(shù)字化裝配使能技術(shù)、先進工藝裝備研發(fā)以及先進測試技術(shù)等，是靜力學(xué)、摩擦學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)、測試原理等基礎(chǔ)理論支撐的多學(xué)科綜合技術(shù)，如圖2所示。面向航空發(fā)動機多物理場作用下的裝配過程，裝配機理研究涵蓋了從公差分配及幾何誤差傳遞到多物理場作用機理，再到界面及連接結(jié)構(gòu)裝配狀態(tài)形成規(guī)律及平衡機理等多個研究維度。技術(shù)裝備研發(fā)主要面向自動化、數(shù)字化、智能化技術(shù)與工藝裝備以及先進測試技術(shù)與裝備系統(tǒng)。

圍繞裝配理論，主要研究內(nèi)容包括：裝配過程幾何公差傳遞及關(guān)鍵幾何特性形成機理與控制方法研究，具體研究對象包括零組件層面的支點偏差、軸孔配合偏差、轉(zhuǎn)子堆疊同心度偏差及機匣裝配累積偏差以及整機層面的葉尖/封嚴(yán)間隙、軸向竄動量等多種影響發(fā)動機性能的幾何偏差；裝配過程熱、力等多物理因素對配合狀態(tài)與穩(wěn)定性的影響機理，具體包括溫差裝配、螺栓陣列擰緊、壓力裝配等工藝過程以及過盈等配合狀態(tài)下裝配偏差形成規(guī)律及應(yīng)變補償與修正方法；裝配過程典型連接界面-結(jié)構(gòu)配合狀態(tài)形成機理，包括發(fā)動機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中典型連接結(jié)構(gòu)的幾何狀態(tài)與力學(xué)性能建模方法、連接過程預(yù)緊力形成規(guī)律與控制方法以及高精度配合表面形貌測量與建模分析方法；轉(zhuǎn)動部件平衡機理及整機振動抑制方法，包括同心度、不平衡量、螺栓預(yù)緊力等多種裝配因素對振動影響規(guī)律建模以及面向多目標(biāo)的優(yōu)化控制方法研究。

在數(shù)字化裝配技術(shù)方面，主要研究內(nèi)容包括裝配過程的數(shù)字化管理以及數(shù)字化仿真技術(shù)，數(shù)字孿生技術(shù)也有初步的探索。其中，裝配過程數(shù)字化管理涵蓋了生產(chǎn)線數(shù)字化規(guī)劃、生產(chǎn)過程數(shù)字化管理、產(chǎn)品及工裝的數(shù)字化建模以及過程信息的數(shù)字化，即建立數(shù)字化的裝配車間。數(shù)字化仿真主要包括對裝配工藝的仿真、可裝配性仿真、裝配過程可視化與仿真以及基于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的輔助裝配仿真技術(shù)。數(shù)字孿生技術(shù)集成數(shù)字化建模與仿真，基于現(xiàn)場真實測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)模型驅(qū)動與真實物理場仿真，對復(fù)雜多尺度跨時空問題的解決能力強，在航空發(fā)動機裝配領(lǐng)域具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在工藝裝備方面，由于航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)形式與常見的機械系統(tǒng)有較大的差別，對裝配過程的精度、可靠性等要求也更高，其裝配過程的所用工裝平臺大多為專用設(shè)備。按照工藝需求可以分為擰緊裝備、堆疊裝配平臺、轉(zhuǎn)子平衡設(shè)備、核心機傳裝平臺等。此外，還有部分柔性裝配工裝以及面向脈動生產(chǎn)過程的脈動裝配系統(tǒng)研發(fā)。

在測試技術(shù)方面，主要圍繞測試設(shè)備、數(shù)字化測量、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用及輔助工裝研發(fā)方面。在工藝裝備平臺集成的測試技術(shù)之外，航空發(fā)動機裝配過程的測試設(shè)備還主要包括螺栓預(yù)緊力測量裝備、界面接觸應(yīng)力測量設(shè)備、間隙測量設(shè)備、可調(diào)導(dǎo)葉角度測量設(shè)備、導(dǎo)向器喉道面積測量設(shè)備等。數(shù)字化測量研究主要集中于實時測量、數(shù)據(jù)集成及可視化方面。測量數(shù)據(jù)分析應(yīng)用主要圍繞在間接測量或是存在較大測量不確定度的情況下目標(biāo)測值的高精度解析、基于真實測值驅(qū)動分析裝配狀態(tài)及預(yù)測及優(yōu)化等方面。此外，面向發(fā)動機復(fù)雜、封閉、狹小的結(jié)構(gòu)特性，部分研究集中于具備結(jié)構(gòu)適應(yīng)性的測量輔助工裝設(shè)計與應(yīng)用方法方面。

綜上所述，航空發(fā)動機裝配技術(shù)圍繞機理與關(guān)鍵技術(shù)研究及裝備系統(tǒng)研發(fā)，以需求為牽引，以機理研究為基礎(chǔ)，以技術(shù)與裝備突破為手段，相互支撐發(fā)展。下面分別介紹各方向研究現(xiàn)狀及技術(shù)難點。

3 裝配機理

裝配機理是裝配技術(shù)的基礎(chǔ)，引導(dǎo)支撐裝配工藝的形成和技術(shù)裝備的發(fā)展。航空發(fā)動機裝配機理是在計算幾何、理論力學(xué)、材料力學(xué)等基礎(chǔ)理論支撐，在發(fā)動機裝配需求牽引下逐步發(fā)展完善的，其研究目的是建立材料、結(jié)構(gòu)、工藝等與裝配質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)影響發(fā)動機性能的裝配特征參數(shù)辨識、分析與優(yōu)化控制。

目前航空發(fā)動機裝配機理仍存在較多不清晰之處，如裝配界面狀態(tài)如何形成及其在復(fù)雜載荷狀態(tài)下對力學(xué)性能產(chǎn)生什么樣的影響、裝配誤差在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中如何傳遞以及非確定性誤差的波動規(guī)律如何等，導(dǎo)致如轉(zhuǎn)子堆疊裝配同軸度、轉(zhuǎn)靜子同軸度、轉(zhuǎn)靜子間隙、轉(zhuǎn)子不平衡量等關(guān)鍵工藝參數(shù)控制能力不足、一致性差等問題。因此，圍繞發(fā)動機裝配結(jié)構(gòu)形成過程及服役載荷影響形式，裝配機理研究主要分為幾何誤差傳遞與公差分配以及多物理場仿真分析，并考慮發(fā)動機輕質(zhì)重載的臨界特性，研究發(fā)動機連接界面及結(jié)構(gòu)配合狀態(tài)的形成機理及轉(zhuǎn)動平衡機理等。

3.1 幾何誤差傳遞機理

航空發(fā)動機幾何誤差傳遞機理主要是研究為了實現(xiàn)間隙、同心度等關(guān)鍵工藝參數(shù)的準(zhǔn)確預(yù)測與控制，避免整體裝配超差，主要包括誤差表達與建模分析方法，經(jīng)歷了從二維到三維、從宏觀到宏微觀結(jié)合的發(fā)展過程。現(xiàn)有研究主要是圍繞轉(zhuǎn)子、靜子以及轉(zhuǎn)靜子裝配過程的典型參數(shù)幾何誤差形成機理及累積傳遞規(guī)律。

裝配誤差表達的難點在于如何準(zhǔn)確、全面的描述發(fā)動機結(jié)構(gòu)體系中不同類型、不同層級零部件的誤差狀態(tài)，使之既能充分描述誤差，又能滿足誤差傳遞計算要求。常用誤差統(tǒng)計方法包括蒙特卡洛模擬法、Taguchi方法、概率分析方法等，多集中于誤差的統(tǒng)計表達。王晶等[5]提出了基于蒙特卡洛模擬法的航空發(fā)動機裝配公差分析方法，研究了結(jié)合蒙特卡洛法的尺寸鏈分析方法，并基于UG商用軟件開發(fā)了裝配尺寸鏈公差分析技術(shù)，構(gòu)建了數(shù)字化裝配公差分析系統(tǒng)[5-6]。改進的Taguchi方法也被用于發(fā)動機進行裝配預(yù)測，對比蒙特卡洛法有較高的精度[7]。進一步的，考慮現(xiàn)場不同的裝配和測量條件下的航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子裝配精度測試和預(yù)測優(yōu)化方法被提出[8]，能夠減少基準(zhǔn)偏差，保證測試數(shù)據(jù)的一致性。上述統(tǒng)計方法有利于公差傳遞分析，但是難以準(zhǔn)確描述零部件的誤差特征。

在建模分析方法方面，傳統(tǒng)的公差分析模型是基于尺寸鏈的二維公差分析，如圖3所示。劉明等[9]通過應(yīng)用尺寸鏈計算(Dimensional Chain Calculation, DCC)對航空發(fā)動機輸出軸零件的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換和形位公差進行分析, 令形位公差的處理結(jié)果更準(zhǔn)確，解決了工藝復(fù)合的尺寸鏈計算問題。單福平等[10]針對航空發(fā)動機典型轉(zhuǎn)子件，考慮其特有的止口裝配方式，建立了包含尺寸偏差與形位偏差的尺寸鏈模型，并引入Pearson分布族的方法，使得該尺寸鏈模型在輸入偏差為非正態(tài)分布的情況下，能夠計算裝配偏差的分布形態(tài)，并相對蒙特卡洛法提高了計算效率。

相比傳統(tǒng)的二維尺寸鏈法，三維尺寸鏈, 如圖4所示，能夠更全面、準(zhǔn)確的分析多源幾何誤差及相互關(guān)系。

三維公差模型的理論基礎(chǔ)、常見公差表示方法、公差傳遞模型是三維公差模型引入發(fā)動機裝配公差分析需要考慮的問題[11]。針對發(fā)動機重要部件，采用空間尺寸鏈方法進行三維裝配精度分析，并根據(jù)傳遞因子及貢獻率的分析結(jié)果優(yōu)化關(guān)鍵尺寸公差[12]。此外，三維尺寸分析軟件VSA因其在三維公差分析方面的優(yōu)勢，被應(yīng)用于航空發(fā)動機整機關(guān)鍵尺寸的偏差分析及公差分配過程中[13]，例如考慮軸承支點的軸線偏移量和不同因素對軸線偏移量的影響規(guī)律，實現(xiàn)對發(fā)動機軸承支點位置的裝配公差分析[14]。進一步的，針對發(fā)動機結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)特性，Ding等[15-16]在傳統(tǒng)的Jacobian-Torsor模型中引入旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，如圖5所示，應(yīng)用于多級轉(zhuǎn)子的裝配偏差建模過程，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子零部件的裝配旋轉(zhuǎn)優(yōu)化、幾何公差分析及敏感性分析。并將Jacobian-Torsor方法與概率分析方法相結(jié)合，通過采用Pearson分布族推導(dǎo)概率密度函數(shù)，確定公差的分布規(guī)律，實現(xiàn)對發(fā)動機轉(zhuǎn)子裝配公差的統(tǒng)計分析[17]。

傳遞矩陣是另外一種常用的公差傳遞計算方法[18]，通過分析裝配中位置公差、方向公差對公差傳遞的影響，實現(xiàn)部件的裝配偏差預(yù)測，并以此進行裝配優(yōu)化。Zhang等[19]研究了航空發(fā)動機多級轉(zhuǎn)子對中裝配過程中測量設(shè)備誤差的傳遞規(guī)律與影響機理，基于多體系統(tǒng)理論建立了測量設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并運用坐標(biāo)變換矩陣建立了線性運動和旋轉(zhuǎn)運動過程的誤差傳遞模型，分析軸向傳遞和周向傳遞對最終對中誤差的影響。Hussain和Momon[20]運用連接性裝配模型，同樣基于傳遞矩陣形式，預(yù)測發(fā)動機機械逐級裝配時的誤差傳遞。傳遞矩陣與雅各比旋量等方法均可以實現(xiàn)誤差傳遞表達，區(qū)別在于微小偏差計算時可能引入的數(shù)值分析誤差。

綜上所述，航空發(fā)動機幾何誤差傳遞技術(shù)研究難點在于實現(xiàn)對多工藝過程涉及的多源誤差的準(zhǔn)確、完整的建模表達及其在發(fā)動機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的傳遞規(guī)律，并實現(xiàn)特征參數(shù)的辨識，建立誤差與工藝之間的映射關(guān)系，進而對工藝進行優(yōu)化調(diào)整。航空發(fā)動機裝配有著高精度、高效率、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多迭代、短周期的特點和要求，在整機尺寸鏈構(gòu)建、多級轉(zhuǎn)子同軸度誤差傳遞建模、轉(zhuǎn)靜子同心度誤差傳遞建模等過程中，需要綜合考慮算法的適應(yīng)性、精度及計算效率等?，F(xiàn)有算法在個性化的誤差表達以及非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的誤差傳遞計算方面仍有不足，導(dǎo)致難以準(zhǔn)確表達不同批次零部件的真實誤差，難以有效縮小誤差分布區(qū)間、抑制誤差傳遞。因此，基于實測值實現(xiàn)零部件特征尺寸偏差的個性化高精度建模與傳遞分析是未來的發(fā)展方向之一。

3.2 多物理因素作用規(guī)律

航空發(fā)動機裝配過程中的過盈配合、螺栓預(yù)緊等配合因素帶來零部件之間的相互作用力；溫差工藝會帶來零部件熱膨脹不均勻，導(dǎo)致裝配精度與力學(xué)性能損失。因此，為解決上述問題，在幾何偏差分析的基礎(chǔ)上，部分學(xué)者研究了多物理因素的作用規(guī)律，實現(xiàn)更準(zhǔn)確的、與物理世界更符合的裝配預(yù)測與預(yù)補償。

考慮力學(xué)引起的應(yīng)變，Mu等[21]研究了考慮零件制造誤差和變形因素的裝配精度預(yù)測模型的構(gòu)建方法。陳凱等[22]基于發(fā)動機轉(zhuǎn)子“裝配變形補償和修正”技術(shù)，通過高精度的大數(shù)據(jù)采集，建立裝配仿真與預(yù)測方法，形成航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子堆疊裝配最優(yōu)化方案。熱場作用研究主要集中于溫差裝配工藝對幾何精度的影響。李小冬[23]針對止口螺栓結(jié)構(gòu)，進行了非均勻接觸與熱裝分析，提出了均勻預(yù)載裝配方式以及螺栓預(yù)緊力控制方式，顯著降低了預(yù)緊力分散性。陳爽[24]基于螺栓止口端面實測跳動數(shù)據(jù)，構(gòu)建了三維形貌特征模型，并結(jié)合螺栓有限元模型(圖6)，研究了止口柱面形貌、過盈量力、螺栓擰緊工藝、連接面貼合狀態(tài)以及熱裝工藝對裝配精度的影響規(guī)律。

航空發(fā)動機裝配過程中多物理場作用規(guī)律的研究難點在于實現(xiàn)熱固耦合非穩(wěn)態(tài)過程的裝配狀態(tài)分析，并能夠分析微小偏差在其中的作用規(guī)律。由于航空發(fā)動機零件尺寸相對較大(如配合止口直徑可達幾百毫米)，而其幾何偏差相對較小(如配合止口形貌偏差波動范圍為幾十微米)，導(dǎo)致仿真難度較大，在有限算力下有限元等仿真方法精度不足。同時幾何物理量的測量偏差帶來相對較大的擾動，多因素作用下導(dǎo)致高保真仿真能力不足，也是裝配仿真的重點、難點和突破方向。

3.3 界面及連接結(jié)構(gòu)配合狀態(tài)形成機理

相比于通用機械，航空發(fā)動機具有輕質(zhì)重載的結(jié)構(gòu)特性，其連接結(jié)構(gòu)大多處于材料構(gòu)效與加工能力的極限狀態(tài)，如配合面加工精度要求達10 μm，導(dǎo)致裝配過程的幾何與力學(xué)性能協(xié)同控制難度極大。目前研究難點在于實現(xiàn)界面幾何、力學(xué)狀態(tài)的精確感知、建模與傳遞分析。如上文所述，基于公差統(tǒng)計模型的幾何分析難以考慮連接界面微觀形貌、應(yīng)力應(yīng)變等因素對裝配結(jié)果的影響，難以準(zhǔn)確的預(yù)測裝配狀態(tài)，對工作載荷作用下狀態(tài)演變的預(yù)測補償能力不足。因此，考慮連接界面形貌及應(yīng)力應(yīng)變因素影響，研究典型界面及連接結(jié)構(gòu)配合狀態(tài)形成機理，對航空發(fā)動機裝配精度的準(zhǔn)確預(yù)測具有重要意義。而且，連接界面裝配狀態(tài)對轉(zhuǎn)子動態(tài)特性有較大影響，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同預(yù)緊條件下的動力學(xué)特性表現(xiàn)出明顯的區(qū)別性[25]。

螺栓預(yù)緊力大小及分布對于界面力學(xué)特性的形成具有重要影響。螺栓連接工藝存在一定的不穩(wěn)定性，包括預(yù)緊力形成及受載演變過程、多螺栓擰緊彈性相互作用、多螺栓預(yù)緊力對連接結(jié)構(gòu)配合狀態(tài)影響等。研究螺栓連接預(yù)緊力對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)配質(zhì)量的影響，建立面向發(fā)動機連接結(jié)構(gòu)的配合模型，對預(yù)緊力進行測量分析，基于微凸體建模等方法(圖7)實現(xiàn)對裝配狀態(tài)的預(yù)測，進而反饋優(yōu)化擰緊工藝[26](圖8)，是界面及連接結(jié)構(gòu)配合狀態(tài)控制的常用方法。

預(yù)緊力的形成受到擰緊工藝的直接影響，“擰緊力矩-螺栓預(yù)緊力-連接結(jié)構(gòu)力學(xué)特性”的準(zhǔn)確預(yù)測與控制是實現(xiàn)連接結(jié)構(gòu)裝配特性控制的核心難點。在擰緊工藝方面，擰緊方法、潤滑條件、重復(fù)擰緊等是預(yù)緊力形成的重要影響因素。相較于傳統(tǒng)的力矩擰緊法，力矩-轉(zhuǎn)角擰緊法能夠有效抵消接觸摩擦、彈性互擾等因素影響，對預(yù)緊力形成控制精度更高[27]。趙兵等[28]研究了航空發(fā)動機螺栓重復(fù)擰緊預(yù)緊力大小及變化規(guī)律以及不同潤滑條件下重復(fù)擰緊對螺栓預(yù)緊力變化規(guī)律及目標(biāo)載荷的影響。柏樹生等[29]分析了螺栓預(yù)緊力分布及加載順序?qū)C匣裝配同心度的影響規(guī)律，研究了螺栓蠕變松弛對機匣同心度的影響以及螺栓應(yīng)力隨時間變化規(guī)律。

此外，受加工精度及裝配過程的影響，零部件表面存在復(fù)雜的非理想微觀形貌，如圖9所示。傳統(tǒng)方法通常將忽略微觀形貌，通過擬合處理形成理想平面進行誤差傳遞計算。但是，面向航空發(fā)動機輕質(zhì)重載的結(jié)構(gòu)形式及復(fù)雜苛刻的工作載荷，微觀表面形貌偏差的作用不可忽視，容易導(dǎo)致難以預(yù)測的狀態(tài)變化。因此，研究復(fù)雜裝配過程航空發(fā)動機零部件表面形貌對裝配性能的影響規(guī)律非常重要。

皮膚模型形狀(Skin Model Shapes, SMS)是一種新型表面形貌表達方法，能夠結(jié)合計算機輔助公差分析技術(shù)，通過點云及表面網(wǎng)格實現(xiàn)制造及裝配誤差表達等[30]。部分研究基于皮膚模型分析了界面結(jié)合面表面微觀形貌對于裝配結(jié)果的影響。Zhao等[31]提出了一種基于皮膚模型形狀的裝配偏差分析方法，利用零件止口實測數(shù)據(jù)生成SMS模型，并結(jié)合碰撞檢測算法，分析了表面形貌引起的裝配偏差。Sun等[32]提出了一種基于真實配合狀態(tài)的裝配偏差計算方法，利用小波變換對配合面形態(tài)進行分解和重構(gòu)，建立了基于差異面的虛擬裝配模型，并提出了重心驅(qū)動的三點接觸算法(圖10)來計算真實的配合狀態(tài)，并通過小位移矢量來表征基于配接狀態(tài)的裝配偏差。

進一步的，通過結(jié)合皮膚模型形狀及邊界元素方法，同時對表面形貌加工誤差和裝配過程造成的局部表面變形誤差進行建模，綜合考慮加工誤差和裝配誤差對配合面接觸狀態(tài)的影響，實現(xiàn)對產(chǎn)品裝配幾何偏差的預(yù)測[33]。Zhang等[34]提出一種新型的混合平面度誤差評估方法，用于測量和評估大規(guī)模點云數(shù)據(jù)的平面度誤差，并基于凸殼算法去除冗余測量數(shù)據(jù)點，建立了精確的平面度誤差評價數(shù)學(xué)模型，并采用改進的粒子群優(yōu)化(Improved Particle Swarm Optimization, IPSO)算法進行非線性優(yōu)化。

綜上所述，配合面表面形貌、力學(xué)特性及螺栓預(yù)緊帶來的裝配應(yīng)力應(yīng)變是影響界面配合狀態(tài)的關(guān)鍵因素。航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子配合面的加工公差通常設(shè)計為10 μm量級，而與之直接關(guān)聯(lián)的核心機整機裝配同心度、跳動量等誤差通?？刂圃?0～30 μm?，F(xiàn)有方法通常是利用接觸式三坐標(biāo)測量設(shè)備檢測，非接觸掃描設(shè)備難以滿足精度要求，導(dǎo)致測量樣本不足，形貌表達能力差。此外，配合面復(fù)雜膚面結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確建模表達對于后續(xù)的接觸與變形分析預(yù)測也有著直接影響。在螺栓擰緊測量方面，近年來超聲測量等技術(shù)逐漸應(yīng)用于預(yù)緊力測量，但是主要還是實驗室環(huán)境下，難以實現(xiàn)工程應(yīng)用推廣；而理論建模方面，受到螺栓制造偏差、潤滑狀態(tài)、使用次數(shù)、彈性相互作用等多因素耦合影響，現(xiàn)有方法難以實現(xiàn)準(zhǔn)確的建模分析，綜合導(dǎo)致裝配現(xiàn)場對擰緊狀態(tài)的控制力不足。因此，該方向技術(shù)難點在于螺栓預(yù)緊力的準(zhǔn)確預(yù)測與優(yōu)化控制、配合面表面形貌的高精度測量以及基于表面形貌和裝配應(yīng)力的配合狀態(tài)預(yù)測分析。

3.4 平衡機理與振動抑制

航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速極高(可達20 000 r/min)，對其振動性能提出了極高的要求。在裝配階段主要是通過平衡量控制實現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)能夠較為有效控制初始不平衡量，但是在工作狀態(tài)下的平衡量保持、平衡量超差后的有效工藝補償?shù)确矫嫒杂胁蛔恪?/p>

現(xiàn)有研究主要通過分析包括同心度偏差、螺栓擰緊、不平衡量分布等多種裝配參數(shù)對振動的影響機理，辨識其中的敏感性參數(shù)并進行工藝優(yōu)化控制。例如，Ai和Zhang[35]提出了主成分分析方法(Principal Component Analysis, PCA)來研究裝配參數(shù)與發(fā)動機振動之間的關(guān)系。Kang等[36]研究了裝配偏差對振動頻率的影響，通過3-D擬合面建立了裝配公差和固有頻率波動率之間的映射關(guān)系，為公差設(shè)計提供了重要指導(dǎo)。

考慮結(jié)構(gòu)特性，針對靜子支承結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，相關(guān)研究主要圍繞軸承振動特性以及螺栓預(yù)緊力、偏心量等影響因素及其非線性傳遞影響規(guī)律[37]。有限元是振動分析常用的分析方法，能夠仿真不同接觸條件下機匣的固有頻率變化、接觸界面摩擦生熱等條件，指導(dǎo)機匣裝配質(zhì)量評估[38]。Di[39]等針對機匣振動預(yù)測問題進行了實驗研究，實驗表明在振動預(yù)測過程中螺栓的影響不可忽略，因此針對整機振動預(yù)測以及裝配質(zhì)量要求方面機械螺栓的安裝質(zhì)量都是至關(guān)重要的。Huang等[40]采用薄殼單元對兩個發(fā)動機機匣螺栓接頭進行了建模，采用逆本征靈敏度法對單個組件中相關(guān)模式對的頻率誤差和MAC值(Modal Assurance Criterion)進行校正，得到更準(zhǔn)確的機匣振動預(yù)測模型。Mir-Haidari和Behdinan[41]針對裝配界面引起的機匣非線性振動行為，提出的非線性分析塊模型在不同載荷條件下能夠準(zhǔn)確地反映螺栓法蘭連接的非線性動態(tài)特性，并通過實驗數(shù)據(jù)驗證了所提出方法的有效性。

針對轉(zhuǎn)子的高速運動特性，主要研究預(yù)緊力、真實接觸面的端跳數(shù)據(jù)及誤差傳遞對頻率和振型的影響規(guī)律[24]。邱海等[42]通過建立以軸承參數(shù)和不平衡量為輸入、軸承處振動響應(yīng)為輸出的系統(tǒng)模型，并利用遺傳算法逆向求解出不平衡量。多級轉(zhuǎn)子的裝配過程中相鄰轉(zhuǎn)子的裝配工藝和螺栓孔的分布對于不平衡量有直接影響，也是不平衡優(yōu)化的重要參考[43]。通過建立基于幾何偏心與質(zhì)量偏心的誤差傳遞模型，結(jié)合多級轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型評估裝配后轉(zhuǎn)子振動情況，能通過調(diào)整相位角實現(xiàn)軸承處最大振動速度等目標(biāo)優(yōu)化[44]。因此，通過研究不同裝配參數(shù)對振動特性的影響，建立裝配參數(shù)-振動特性模型，能夠有效辨識關(guān)鍵特征參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，針對不同特征參數(shù)，通過單目標(biāo)優(yōu)化或多目標(biāo)優(yōu)化實現(xiàn)振動抑制。

單目標(biāo)優(yōu)化是指單獨針對幾何量或是不平衡量進行優(yōu)化。幾何量優(yōu)化主要以轉(zhuǎn)子同心度為對象，在堆疊過程中考慮單級轉(zhuǎn)子的偏心和傾斜誤差，并通過優(yōu)化組件相位將機械組件中的偏心偏差降至最低[45]，如圖11所示。因此，不同的裝配優(yōu)化方法對于幾何誤差傳遞產(chǎn)生不同的影響[46]。航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)特性決定同心度是公差分布與周向安裝角共同作用的結(jié)果，可以采用蒙特卡洛法等方法對實際裝配過程中的合格率進行預(yù)測[47]。

針對轉(zhuǎn)子堆疊過程，Ding等[48]采用Jacobian-Torsor模型建立偏差傳播模型，結(jié)合蒙特卡洛模擬和Jacobian-Torsor模型統(tǒng)計貢獻解，計算每個零件偏差影響，并通過目標(biāo)優(yōu)化確定最佳裝配方案。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機器學(xué)習(xí)方法也被應(yīng)用于轉(zhuǎn)子堆疊優(yōu)化過程中，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子裝配同心度、垂直度的預(yù)測[49]，并對裝配參數(shù)進行優(yōu)化，尋找最合適的安裝角度。例如，Zhang等[50]將轉(zhuǎn)子端跳、徑跳等結(jié)果作為圖像輸入到機器學(xué)習(xí)的模型中，使用裝配有限元結(jié)果作為訓(xùn)練集，使用機器學(xué)習(xí)的方式快速預(yù)測裝配同心度。Yang等[51]使用概率密度函數(shù)表達最終裝配偏心率，并以模型優(yōu)化每個轉(zhuǎn)子的安裝相位，通過數(shù)字仿真的方式證明了相較于蒙特卡洛法的優(yōu)勢，并進一步研究了堆疊過程中逐級優(yōu)化偏心量的方法[52]。Sun等[53]介紹一種不同裝配階段安裝相位角度的優(yōu)化方案，并基于裝配過程中做出維修決策。杜海雷等[54]基于轉(zhuǎn)子止口-螺栓連接結(jié)構(gòu)的實測尺寸和形位誤差測量數(shù)據(jù)，構(gòu)建了單個轉(zhuǎn)子零件誤差模型和組件裝配誤差傳遞模型，對多級轉(zhuǎn)子組件同軸度和垂直度進行綜合優(yōu)化，可以避免香蕉型軸線偏差，提高裝配質(zhì)量一致性和一次裝配成功率。

在平衡量優(yōu)化方面，主要圍繞初始不平衡量，利用影響系數(shù)配平法、遺傳算法等方法建立轉(zhuǎn)子動平衡模型[55-56]，通過計算盤與葉片的重力矩分布[57]，實現(xiàn)不平衡量預(yù)測及優(yōu)化。馮碩等[58]基于堆疊機理和動力學(xué)建模方法，使用典型幾何特性和不平衡參數(shù)，以振動響應(yīng)為評價目標(biāo)，對比分析了不同連接裝配工藝方法對于端面跳動和不平衡量的影響。Sun等[59]分析了幾何誤差和質(zhì)心偏差在裝配過程中的傳遞規(guī)律，通過控制每級轉(zhuǎn)子的裝配角度，減小了同軸度和初始不平衡量。并進一步提出了云自適應(yīng)遺傳算法的葉片分選方法，用于優(yōu)化航空發(fā)動機非對稱轉(zhuǎn)子的不平衡[60]。

單目標(biāo)優(yōu)化可以實現(xiàn)幾何量或是不平衡量的單一優(yōu)化，但是難以實現(xiàn)多目標(biāo)的協(xié)同優(yōu)化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速、不同載荷條件下的振動特性出現(xiàn)波動。因此，近年來面向同軸度等幾何量和不平衡量的多目標(biāo)優(yōu)化方法逐漸得到重視[61-62]。劉君等[63]詳細(xì)闡述了基于轉(zhuǎn)子部件跳動測量，計算轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線與部件慣性軸之間的偏差，進而計算轉(zhuǎn)子不同心度和不平衡量的估算方法，并提出了針對轉(zhuǎn)子不同心度和不平衡量的雙目標(biāo)優(yōu)化原則，采用蒙特卡洛仿真法對隨機裝配過程、單目標(biāo)裝配優(yōu)化過程和雙目標(biāo)裝配優(yōu)化過程進行仿真。琚奕鵬等[64]通過分析多級盤轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)同心度、垂直度與不平衡量參數(shù)的疊加機理及裝配參數(shù)對不平衡量的影響關(guān)系，建立了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合實踐應(yīng)用經(jīng)驗對跳動誤差進行分析與修正，在各級盤裝配相位關(guān)系的可行域內(nèi)選擇最優(yōu)方案，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)跳動和初始不平衡量綜合優(yōu)化。劉洪慧等[65]研究了對多級盤轉(zhuǎn)子進行初始不平衡量的預(yù)測與優(yōu)化方法，通過端面跳動及徑向跳動等參數(shù)計算獲得各單件的表示矩陣，經(jīng)過堆疊計算獲得在以回轉(zhuǎn)軸線為軸的坐標(biāo)系內(nèi)的裝配體空間位姿，進而獲得各零部件的靜、偶不平衡量，同時獲得相對回轉(zhuǎn)軸線位置的各單件質(zhì)心分布情況，建立裝配不平衡量預(yù)測模型；基于預(yù)測模型以靜、偶不平衡量及質(zhì)心分布為目標(biāo)，以裝配相位為設(shè)計變量利用遺傳算法進行多目標(biāo)優(yōu)化。

多目標(biāo)優(yōu)化的技術(shù)難點在于幾何量和物理量共同存在的前提下，揭示不同尺度、不同維度誤差的耦合作用規(guī)律與相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)關(guān)鍵特征誤差參數(shù)辨識及參數(shù)歸一化分析與協(xié)同優(yōu)化。

綜上，如圖12所示，振動分析與抑制主要通過影響因素分析、振動特性建模及裝配工藝優(yōu)化實現(xiàn)?，F(xiàn)有研究已基本考慮發(fā)動機轉(zhuǎn)、靜子不同結(jié)構(gòu)因素以及擰緊等工藝因素對振動的影響，但是一方面難以實現(xiàn)現(xiàn)場裝配狀態(tài)在服役環(huán)境溫度載荷、氣動載荷、離心載荷等多載荷作用下的準(zhǔn)確的振動特性預(yù)測，另一方面難以建立振動問題與裝配工藝的直接關(guān)聯(lián)關(guān)系，導(dǎo)致在反復(fù)裝調(diào)及維修過程中往往只能通過修配方法達到目標(biāo)，工藝調(diào)控能力不足，不利于從根本上解決問題。

3.5 面向裝配的設(shè)計

面向裝配的設(shè)計(Design for Assembly, DFA)概念最早于1980年正式提出, 其主要目標(biāo)是通過產(chǎn)品裝配合理化而制造出高質(zhì)、低價和研制周期短的產(chǎn)品，增加產(chǎn)品的競爭力。面向裝配的設(shè)計基于裝配機理實現(xiàn)分析預(yù)測，進而優(yōu)化裝配工藝。針對航空發(fā)動機，主要是考慮高精度、高效率、高合格率組合裝配需求，綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、零件設(shè)計、連接方式、性能要求、裝配環(huán)境等約束條件，統(tǒng)籌規(guī)劃裝配順序、裝配資源、裝配路徑等工藝因素，實現(xiàn)工藝優(yōu)化、裝配精度分析、可裝配性評價，提高航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子可裝配性與裝配質(zhì)量，減少裝配時間和修配工作量。

可裝配性分析過程在發(fā)動機設(shè)計階段，進行裝配可行性分析與質(zhì)量預(yù)測，有利于總體上提高質(zhì)量和一次性裝配成功率[66]。通過將裝配階段的經(jīng)驗反饋到設(shè)計流程中，能夠在發(fā)動機設(shè)計階段將可裝配性納入考慮并進行優(yōu)化[67-68]。例如，對發(fā)動機可裝配性與可拆卸性等進行評估，能夠確定產(chǎn)品設(shè)計以及相應(yīng)裝配系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化潛力[69]。滕偉斌等[70]運用虛擬裝配技術(shù)對航空發(fā)動機燃油附件產(chǎn)品的設(shè)計方案可裝配性、維護維修性進行了仿真驗證。在可靠性分析方面，Bai和Fei[71]針對穩(wěn)定性分析的過程，提出了機械動態(tài)裝配可靠性分析理論和分布式協(xié)同響應(yīng)面方法評估了葉尖間隙變化水平，用以反饋裝配參數(shù)設(shè)計。陳志英[72]等在確定性設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，考慮機械載荷、熱載荷、材料參數(shù)的分散性，利用非概率可靠性指標(biāo)對初始裝配間隙進行了優(yōu)化設(shè)計?？裳b配性、可靠性分析能夠提前發(fā)現(xiàn)并解決裝配過程可能產(chǎn)生的問題，并優(yōu)化發(fā)動機性能。

基于面向裝配的設(shè)計方法，部分研究進一步關(guān)注工藝優(yōu)化方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等方法，以裝配成本、裝配時間、裝配精度等為優(yōu)化目標(biāo)，在滿足裝配公差要求的約束條件下，實現(xiàn)裝配順序、裝配路徑等優(yōu)化計算[20,73]。Zhou和Yin[74]提出了一種模仿人類想象思維的新型管道裝配規(guī)劃算法，有效地解決了在有障礙和約束的三維空間中構(gòu)思最短管道路徑的問題。孫貴青等[75]通過改進裝配方式與裝配工藝參數(shù)有效改善了發(fā)動機低渦軸的碰磨問題。面向裝配的設(shè)計方法能夠更好地針對發(fā)動機裝配設(shè)計的需求，實現(xiàn)適用于航空發(fā)動機的裝配設(shè)計系統(tǒng)[76-77]。綜上所述，面向裝配的設(shè)計能夠優(yōu)化系統(tǒng)可裝配性，提高裝配效率與質(zhì)量。但是，現(xiàn)有的面向裝配的設(shè)計技術(shù)所考慮的裝配因素相對單一，難以通過綜合分析多狀態(tài)、宏微觀、現(xiàn)場能力等方面因素實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化。

航空發(fā)動機裝配機理研究主要圍繞多維幾何誤差的傳遞累積效應(yīng)，熱、力等多物理場的影響規(guī)律，考慮微觀形貌與裝配工藝的典型連接界面裝配狀態(tài)形成機理，面向轉(zhuǎn)子動力學(xué)優(yōu)化的平衡方法以及綜合多因素的裝配優(yōu)化設(shè)計方法等方面，但是仍存在如下難點：

1) 相比于通用機械，高精度要求導(dǎo)致航空發(fā)動機裝配互換性較差，不同零部件狀態(tài)下的調(diào)配、修配原則不清晰。因此，基于實測數(shù)據(jù)或真實分布特征實現(xiàn)零部件的個性化建模對于準(zhǔn)確的分析預(yù)測裝配狀態(tài)、優(yōu)化裝配工藝具有重要的指導(dǎo)意義。目前在特征形貌的準(zhǔn)確測量與建模表征方面仍有不足，導(dǎo)致同心度、間隙等關(guān)鍵裝配性能的預(yù)測易于出現(xiàn)偏差。

2) 壓裝、溫裝等裝配工藝條件共同作用于配合面，引起裝配應(yīng)力、應(yīng)變，影響最終裝配質(zhì)量。目前，高保真的多物理場仿真能力仍有不足，特別是熱固耦合仿真能力。

3) 螺栓連接是航空發(fā)動機裝配過程的主要連接工藝，也是裝配質(zhì)量問題的主要來源。面向航空發(fā)動機螺栓陣列擰緊需求，考慮單螺栓制造偏差、潤滑狀態(tài)、使用次數(shù)等因素以及多螺栓彈性相互作用等多因素共同影響下的預(yù)緊力精準(zhǔn)控制方法仍有不足。

4) 在轉(zhuǎn)子平衡量控制方面，尚難以建立裝配工藝、多部件真實幾何物理狀態(tài)與平衡量之間的直接關(guān)聯(lián)關(guān)系，導(dǎo)致面臨試車或工作后平衡量超差問題時，難以實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的工藝調(diào)控。

4 數(shù)字化裝配技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用有利于實現(xiàn)航空發(fā)動機虛擬裝配、裝配過程柔性設(shè)計、全流程仿真分析與可視化等功能[78-79]，對于發(fā)動機裝配質(zhì)量提升具有重要作用[80]。以裝配部件復(fù)雜變形、傳遞預(yù)測的物理級建模仿真以及面向大數(shù)據(jù)智能關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)級建模仿真有希望基于數(shù)字化技術(shù)解決機理層面難以突破的復(fù)雜裝配難題[81]。

目前國內(nèi)航空發(fā)動機行業(yè)已部分實現(xiàn)裝配數(shù)字化，在數(shù)字化建模與數(shù)字化仿真分析方面具備了一定的研究基礎(chǔ)。但是，尚未建立完備的數(shù)字化體系、全周期數(shù)字化跟蹤仿真能力不足，導(dǎo)致雖然數(shù)據(jù)量較大，但是數(shù)據(jù)可用性不足，難以獲取從零件加工到整機裝配的成臺套的產(chǎn)品及工藝參數(shù)，也就無法通過有效的數(shù)據(jù)溯源支撐解決裝配過程的質(zhì)量問題。因此，一方面在于如何建立更全面、完整的裝配數(shù)字化體系，另一方面則是數(shù)字化仿真能力提升，包括虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展。此外，數(shù)字孿生技術(shù)集成已有數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢，同時能夠建立與物理空間的映射關(guān)聯(lián)，是航空發(fā)動機裝配的潛在解決方法。

4.1 裝配數(shù)字化

裝配數(shù)字化主要包括信息數(shù)字化與生產(chǎn)管理數(shù)字化等，是進行數(shù)字化仿真和優(yōu)化的基礎(chǔ)，也是數(shù)字化裝配的初始階段。其中，信息數(shù)字化是指將裝配生產(chǎn)中產(chǎn)生的關(guān)鍵信息及數(shù)據(jù)以數(shù)字化的方式進行管理[82]，能夠?qū)崿F(xiàn)裝配全流程跟蹤[83]，有效解決航空發(fā)動機裝配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化程度低及數(shù)據(jù)追溯困難等問題[84]。例如，孫惠斌和常智勇[85]提出一種航空發(fā)動機裝配工藝與質(zhì)量檢驗集成的裝配技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)模型，能夠表達發(fā)動機、裝配任務(wù)、裝配工藝、裝配工序、檢驗項等之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，便于換件后的裝配技術(shù)狀態(tài)維護。王成恩等[86-87]采用對象類圖建立了復(fù)雜產(chǎn)品裝配元模型, 描述了產(chǎn)品裝配過程中的主要對象類及其關(guān)系, 集成表達了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、裝配特征、裝配關(guān)系、工藝方案等信息, 為航空發(fā)動機數(shù)字化裝配設(shè)計提供了全面的支持。李聯(lián)輝等[88]構(gòu)建了不同粒度的信息追溯和過程監(jiān)控方法，為解決當(dāng)前裝配過程中的信息追溯效率低下的問題提供了解決思路。金國富[89]開發(fā)了工藝資源管理軟件，實現(xiàn)了工藝設(shè)計、管理與工藝卡片生成等功能。此外，裝配知識圖譜的構(gòu)建[90]以及基于知識圖譜的裝配流程與裝配工藝生成系統(tǒng)研發(fā)也是信息數(shù)字化的研究方向之一[91]。

生產(chǎn)管理數(shù)字化包括生產(chǎn)線規(guī)劃、生產(chǎn)過程及管理方案等方面。在生產(chǎn)線規(guī)劃方面，主要研究內(nèi)容包括脈動總裝線仿真[92]、數(shù)字化總裝生產(chǎn)線應(yīng)用架構(gòu)[93]等方面(圖13)。例如馬嘯等[94]介紹了航空發(fā)動機脈動生產(chǎn)線的布局，并實現(xiàn)生產(chǎn)線應(yīng)用，提供裝配數(shù)據(jù)與知識管理、裝配規(guī)劃與仿真和智能用戶文檔管理，提高了裝配效率與裝配質(zhì)量。

生產(chǎn)過程數(shù)字化是指生產(chǎn)資源、生產(chǎn)節(jié)拍的數(shù)字化管理與優(yōu)化，能夠通過裝配序列優(yōu)化等方法[95]提高資源利用率，減少裝配過程的錯裝、漏裝等問題[96]。例如，鐘詩勝等[97]針對發(fā)動機總裝作業(yè)并行交叉的特點, 提出一種柔性建模方法，采用基于資源庫所共享合成“自底向上”的建模的方法, 描述總裝工藝不同的異類部件間對設(shè)備資源的競爭，結(jié)合遺傳算法實現(xiàn)生產(chǎn)靜態(tài)調(diào)度問題。近年來，通過集成機器學(xué)習(xí)、平衡權(quán)重等方法，生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理也越發(fā)有效，實現(xiàn)了生產(chǎn)流程改善[98]與裝配任務(wù)優(yōu)先度評價等[99]。

數(shù)字化管理指的是提高數(shù)字化裝配工藝設(shè)計和裝配過程管理的協(xié)同設(shè)計等方法[100]，提升發(fā)動機整機技術(shù)水平與管理水平[101]。吳法勇等[102]提出了基于網(wǎng)絡(luò)圖技術(shù)的發(fā)動機裝配、分解過程管理方案和基于集成模式的發(fā)動機實物技術(shù)狀態(tài)管理方案，有效提高了管理效率和準(zhǔn)確度。在發(fā)動機裝配工藝調(diào)整方面，Li等[103]基于Petri網(wǎng)建模方法建立了裝配現(xiàn)場工程變更實施過程模型，構(gòu)建了從產(chǎn)品級到步驟級，再從步驟級到產(chǎn)品級的工程變更實施與確認(rèn)過程，用精細(xì)化管理的方法來提高裝配的微觀操作和宏觀流程控制。相關(guān)軟件系統(tǒng)也在方法理論支撐下逐步建立，實現(xiàn)航空發(fā)動機全生命周期閉環(huán)的裝配工藝的三維可視化、裝配任務(wù)管理以及裝配履歷表管理等[104-105]。

航空發(fā)動機裝配數(shù)字化方面的研究基本涵蓋了宏觀的裝配信息數(shù)字化和生產(chǎn)管理數(shù)字化，對裝配質(zhì)量和效率的提升提供了巨大的推動力。但是，一方面，受到自動化程度、量化評價體系不足等因素影響，難以實現(xiàn)裝配工藝的全面數(shù)字化，導(dǎo)致質(zhì)量管理、問題溯源等能力較差；另一方面，當(dāng)前數(shù)字化總體還處于宏觀層面，難以實現(xiàn)微觀層面的個性化建模，產(chǎn)品的差異性難以充分體現(xiàn)。

4.2 數(shù)字化仿真

裝配數(shù)字化仿真是為了通過仿真手段實現(xiàn)裝配過程的預(yù)演，解決裝配工藝復(fù)雜繁多、部分裝配難度大的問題，主要包括可裝配性、裝配工藝及過程仿真、可視化、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實輔助裝配仿真等技術(shù)。其中可裝配性仿真與裝配工藝及過程仿真一直是研究重點，而虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實輔助裝配仿真則是近年來隨著計算機圖形學(xué)發(fā)展而逐漸應(yīng)用到航空發(fā)動機裝配行業(yè)。

可裝配性仿真相關(guān)研究主要集中于裝配性能、裝配結(jié)構(gòu)、裝配連接、設(shè)備能力等方面[106]，利用仿真技術(shù)實現(xiàn)三維工藝規(guī)劃、靜態(tài)/動態(tài)干涉檢查、人機工程仿真、工作狀態(tài)分析、仿真視頻和交互式操作等功能[106-107]，如圖14所示。

在工藝設(shè)計及優(yōu)化方面，主要是利用數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)對工藝過程、工裝等的快速、高可靠性的設(shè)計與優(yōu)化[108]。例如，李冠華等[76]結(jié)合基于模型的定義技術(shù)，以發(fā)動機數(shù)字模型為核心，構(gòu)建基于模型的數(shù)字化裝配工藝設(shè)計環(huán)境，自上而下實現(xiàn)基于模型的裝配工藝任務(wù)規(guī)劃、基于模型的裝配工藝/工裝設(shè)計與仿真驗證，實現(xiàn)面向裝配制造的工藝設(shè)計。呂玉紅等[100]探討了數(shù)字化裝配工藝設(shè)計和裝配過程管理的協(xié)同設(shè)計概念和方案，以提高工藝設(shè)計和裝配過程的準(zhǔn)確性、有效性及快速性。

基于可裝配性及工藝數(shù)字化仿真，并集成可視化技術(shù)，可以進一步實現(xiàn)裝配過程的仿真應(yīng)用[109]。茍園捷等[110-111]提出了基于三維可視化組件HOOPS的裝配可視化解決方案，實現(xiàn)了模型獲取、裝配、順序定義和裝配路徑生成，三維裝配仿真的表示和仿真動畫播放的工步級控制等實現(xiàn)裝配過程的可視化仿真。因此，虛擬裝配與動態(tài)仿真對發(fā)動機裝配流程優(yōu)化有指導(dǎo)意義[112]。例如，周爍等[113]基于自主開發(fā)的虛擬工廠建模與仿真平臺，如圖15所示，開展發(fā)動機本體裝配、轉(zhuǎn)子平衡和外部裝配3個工藝過程的三維虛擬仿真建模和分析評估工作，實現(xiàn)了工藝文件的可視化展示和驗證、工裝干涉檢查以及工位器具的補充設(shè)計。此外，條形碼識別、無線射頻識別等數(shù)字化檢測技術(shù)也有較多應(yīng)用于三維可視化裝配指導(dǎo)[114-115]與裝配工藝設(shè)計[116]。

近年來，隨著計算機圖像技術(shù)的成熟度提高，虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實等技術(shù)也逐漸應(yīng)用于數(shù)字化輔助裝配仿真。虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實與體感交互技術(shù)結(jié)合應(yīng)用實現(xiàn)虛擬裝配實驗，具備發(fā)動機零部件的虛-實融合展示等功能[117]，滿足航空發(fā)動機裝配教學(xué)、培訓(xùn)等要求[118-119]，并通過與現(xiàn)場靶標(biāo)結(jié)合對實際裝配過程提供指導(dǎo)[120]。虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實等技術(shù)具有很強的裝配現(xiàn)場工藝指導(dǎo)能力，未來在成附件等復(fù)雜部件裝配方面將有更多的應(yīng)用。

4.3 數(shù)字孿生

隨著新一代面向制造的數(shù)字化技術(shù)概念的提出，數(shù)字孿生技術(shù)[121]也被運用于航空智能制造中。相比于傳統(tǒng)的數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字孿生技術(shù)通過更全面的測量手段，構(gòu)建物理對象的數(shù)字“雙胞胎”，實現(xiàn)對產(chǎn)品更全面的分析及預(yù)測，提高生產(chǎn)效率及技術(shù)能力。相比于傳統(tǒng)的數(shù)字化管理與仿真，數(shù)字孿生技術(shù)更有潛力解決質(zhì)量管控的難題。例如，孫惠斌等[122]研究了數(shù)字孿生驅(qū)動的航空發(fā)動機裝配技術(shù)，論述了其構(gòu)成、功能、流程，詳細(xì)分析了裝配流程控制、零件選配、裝配操作引導(dǎo)、裝配間隙控制、裝配技術(shù)狀態(tài)控制和裝試數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析關(guān)鍵技術(shù)實例驗證。如圖16所示，Bao等[123]提出了一種面向產(chǎn)品裝配的零件數(shù)字孿生建模方法，構(gòu)建了一個面向裝配的零件數(shù)字孿生框架，展示了在創(chuàng)建數(shù)字孿生中的主要組件和數(shù)據(jù)流信息過濾和后續(xù)管理。數(shù)字孿生技術(shù)在航空發(fā)動機裝配中的研究相對較少，但是作為一種具備實時數(shù)據(jù)獲取、動態(tài)高保真仿真及分析預(yù)測能力的數(shù)字化手段，在未來航空發(fā)動機裝配過程全生命周期管理等方面具備極大的發(fā)展?jié)摿?。目前，?shù)字孿生技術(shù)在發(fā)動機裝配領(lǐng)域有初步的探索應(yīng)用，具有較大的發(fā)展前景。

目前，航空發(fā)動機裝配領(lǐng)域已具備初步的數(shù)字化能力，有效提升了裝配效率及質(zhì)量。但是仍有幾個方面不足：

1) 全鏈條數(shù)字化能力不足，受到自動化程度、量化評價體系、檢測能力及現(xiàn)場環(huán)境等多種因素影響，難以獲取裝配過程的成套數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的充分性、可用性不足，質(zhì)量管理、問題溯源等能力較差。

2) 數(shù)字化仿真的精度及迭代能力不足，受限于精細(xì)化仿真及更新能力，難以實現(xiàn)全裝配周期的動態(tài)高保真仿真。

3) 數(shù)字孿生裝配技術(shù)具備解決復(fù)雜問題的潛力，但是目前在航空發(fā)動機領(lǐng)域還處于初步階段，多設(shè)備互聯(lián)互通能力、數(shù)據(jù)挖掘能力、基于數(shù)據(jù)的問題解決方法等方面仍有待提升。

5 自動化工藝裝備及系統(tǒng)

自動化工藝裝備及系統(tǒng)對于裝配質(zhì)量和一致性控制有重要影響，是實現(xiàn)批量化穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。航空發(fā)動機裝配過程應(yīng)用的自動化工藝裝備主要包括擰緊裝備、堆疊裝備、平衡裝備、傳裝平臺等，近年來柔性工裝及脈動裝配系統(tǒng)也逐步推廣應(yīng)用。

受到發(fā)動機多型號產(chǎn)品以及獨特的結(jié)構(gòu)特性與工藝要求影響，通用的自動化工藝裝備無法滿足裝配要求?，F(xiàn)有設(shè)備雖是針對具體型號、具體工藝的專用設(shè)備，但是受到發(fā)動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、狹小深腔多、精度要求高等因素影響，仍難以滿足裝配的自動化需求，同時在柔性方面也存在較多不足。

5.1 擰緊裝備

螺栓連接是發(fā)動機連接中最廣泛的工藝方式。發(fā)動機轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)的高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速、工況復(fù)雜的特點，對于轉(zhuǎn)子的螺栓連接要求較高。較大預(yù)緊力分散度會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動平衡不準(zhǔn)確、振幅變大等問題[23-25]，同時螺栓預(yù)緊力的大小以及分散性同時影響機匣的振動頻率等參數(shù)[39, 124]。目前常用的自動擰緊槍品牌主要有阿特拉斯、APEX、博世、馬頭等品牌，自動擰緊槍已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于機械行業(yè)的裝配過程中，提高了螺栓連接預(yù)緊力的準(zhǔn)確性與均勻度。航空發(fā)動機盤軸類零件裝配過程匯中螺栓數(shù)量較多，螺栓連接質(zhì)量要求高，自動擰緊設(shè)備能夠有效提高裝配自動化水平與一致性[125-126]。例如，如圖17所示，GE公司開發(fā)了適用于低渦軸的電動擰緊設(shè)備，應(yīng)用于大尺寸低壓渦輪軸和低壓渦輪鼓筒之間的螺栓擰緊，實現(xiàn)了可編程轉(zhuǎn)角與扭矩同時控制。

航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)中有許多狹小盲腔結(jié)構(gòu)(如軸孔直徑最小處約100 mm，轉(zhuǎn)子盤間距最小處僅30 mm，深度可達400 mm)，這種結(jié)構(gòu)一般處于轉(zhuǎn)子連接的關(guān)鍵部位，對于擰緊質(zhì)量要求很高，相比于開敞環(huán)境擰緊難度極大。因此，在末端擰緊裝置的基礎(chǔ)上，IAE公司針對V25000發(fā)動機設(shè)計了適用于高壓壓氣機3-8級轉(zhuǎn)子鼓筒與9-12級轉(zhuǎn)子鼓筒間的螺栓連接的擰緊設(shè)備[4]。王洪明[127]以低渦軸裝配為目標(biāo)，設(shè)計專用的擰緊工裝傳遞扭矩，保證了低渦轉(zhuǎn)子的裝配質(zhì)量。針對壓氣機轉(zhuǎn)子的盲腔位置螺母自動化擰緊的問題，也有較多研究對不同裝配位置分別設(shè)計了自動化螺栓擰緊工裝，如圖18所示，在提高裝配效率的同時提高了螺栓裝配精度，為整機裝配均勻性的提升奠定了基礎(chǔ)[128-129]。

5.2 堆疊裝配平臺

轉(zhuǎn)子組件及機匣組件同心度與不平衡量測量與控制一直是發(fā)動機裝配的核心難點，是典型的高精度、高復(fù)雜度問題，而堆疊裝配平臺則是實現(xiàn)上述目標(biāo)控制的關(guān)鍵裝備，在國內(nèi)外發(fā)動機生產(chǎn)廠商中被廣泛的應(yīng)用于轉(zhuǎn)子堆疊與機匣裝配的過程中[130]。堆疊系統(tǒng)利用多個測頭對發(fā)動機轉(zhuǎn)子/靜子裝配過程多個配合止口的端跳、徑跳進行同步測量，并通過解算同軸度等關(guān)鍵裝配參數(shù)分析組合件之間的狀態(tài)，解算最佳相對安裝相位。其中，國外堆疊平臺(圖19)主要包括EAS系統(tǒng)[131]、Aerospect SPS系統(tǒng)[132]和iMap系統(tǒng)[133]等，在航空發(fā)動機堆疊裝配中有廣泛的應(yīng)用，系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性較好。

國內(nèi)堆疊裝配平臺技術(shù)在21世紀(jì)以來有較大發(fā)展，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研發(fā)了氣浮式裝配堆疊平臺，在發(fā)動機裝配車間得到了初步應(yīng)用。北京航空精密機械研究所[134]設(shè)計并制造了高精度氣浮平臺并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了面向轉(zhuǎn)子堆疊的裝配檢測一體化系統(tǒng)。金鑫等[135]針對機匣同心度測量的需求，設(shè)計了機匣同軸度檢測平臺，在機匣假裝階段測量整機的同軸度。國內(nèi)堆疊技術(shù)及裝備已具備研究基礎(chǔ)，但是在異常問題解決能力、可靠性和工程適用性方面仍需提高。

此外，為提高堆疊設(shè)備自動化水平及精準(zhǔn)度，二維碼識別與激光位移傳感器定位、磁力吸附工裝等被應(yīng)用于裝配堆疊過程，提高了裝配自動化水平與裝配質(zhì)量[136-137](圖20)。

5.3 轉(zhuǎn)子平衡裝備

轉(zhuǎn)子動平衡質(zhì)量是評價轉(zhuǎn)子是否具有良好振動性能的重要依據(jù)，直接影響著航空發(fā)動機工作狀態(tài)下的振值。當(dāng)前，德國的航空發(fā)動機動平衡技術(shù)和設(shè)備，如圖21所示，在國際上處于領(lǐng)先地位，其中德國SCHENCK和Hofmann的產(chǎn)品得到了廣泛的使用。SCHENCK公司的動平衡技術(shù)對于陀螺轉(zhuǎn)子的平衡，特別是高精度小型轉(zhuǎn)子方面應(yīng)用廣泛。Hofmann公司在通用平衡技術(shù)以及噸級以上特大型轉(zhuǎn)子的動平衡領(lǐng)域獨占鰲頭。我國在平衡機的研制起步較晚，在平衡機精度以及穩(wěn)定性上目前難以完全滿足航空發(fā)動機行業(yè)的需求，國內(nèi)裝配廠使用的動平衡設(shè)備主要采用國外進口設(shè)備[138]，針對平衡過程的支撐夾持需求，在工裝夾具方面有所研究，如劉儒義[139]介紹了某型轉(zhuǎn)子專用的組件平衡夾具，實現(xiàn)對夾具軸頸夾持、傳動等需求設(shè)計；徐軍和任春紅[140]針對大型風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的裝配、平衡難度較大等問題，結(jié)合風(fēng)扇轉(zhuǎn)子支撐軸承的位置特點，設(shè)計了風(fēng)扇裝配臺架，滿足大型風(fēng)扇轉(zhuǎn)子裝配與平衡的需求。

5.4 傳裝平臺

航空發(fā)動機核心機的裝配過程分為零件、組件、部件、整機等不同階段。在整機裝配過程中，涉及到發(fā)動機各部件之間的精確對接與測量等工作，因此需要專門的工裝設(shè)備實現(xiàn)發(fā)動機的支撐或懸掛，并結(jié)合測量與位姿調(diào)整手段完成裝配。數(shù)字化多軸調(diào)控技術(shù)是傳裝平臺的關(guān)鍵技術(shù)[141]，能夠輔助實現(xiàn)具有不同自由度要求的裝配與檢修工作[142]。同時，傳裝平臺必須具備高精度運動控制能力，通常通過運動誤差建模與補償實現(xiàn)運動平臺的精確控制[143-144]。例如，王卓識[145]開發(fā)了面向低渦軸裝配的立式與臥式裝配平臺，如圖22所示，并進行了姿態(tài)精密調(diào)整算法的研究，為發(fā)動機自動化總裝提供基礎(chǔ)。李松林等[146]針對航空發(fā)動機立柱式柔性裝配工裝定位誤差進行了分析，找到了適用于轉(zhuǎn)子柔性裝配過程中的最佳基準(zhǔn)位置。此外，隨著自動化、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，自動轉(zhuǎn)運、視覺測量等新技術(shù)也逐漸應(yīng)用于傳裝平臺。周爍等[147]提出了對發(fā)動機總裝對接執(zhí)行機構(gòu)的研發(fā)展望和建議，提出了下部支撐的軌道小車串聯(lián)微位移執(zhí)行系統(tǒng)及設(shè)計方案。如圖23所示，Wang和Chen[148]針對低渦軸裝配對準(zhǔn)問題，使用雙目相機測量定位實時控制轉(zhuǎn)子對裝平臺實現(xiàn)低渦軸的精準(zhǔn)裝配。

5.5 柔性裝配設(shè)備

航空發(fā)動機裝配過程中存在較多的難裝配位置，比如水平裝配過程中的下部附件機匣裝配過程，由于空間極為狹小(距離地面僅幾百毫米)、零部件重量相對較大(可達幾十公斤)，人工裝配的難度很大。而數(shù)字化柔性工裝在發(fā)動機自動化裝配中具有重要意義[149]，對于發(fā)動機特殊的結(jié)構(gòu)形式和工藝需求具備更強的適應(yīng)性。柔性裝配工裝需要兼顧系統(tǒng)自由度和剛度需求[150]，結(jié)合自動化裝配、工裝模塊化等設(shè)計理念[151]，在實際工作中針對工藝需求通過運動軌跡規(guī)劃等完成發(fā)動機自動化裝配[152]。例如，工業(yè)機器人因其自由度高、靈活性好，能夠柔性的完成發(fā)動機外機匣鉆孔、鉚接、涂膠等工序[153]，提高機匣的裝配質(zhì)量與效率。羅羅公司[154]開發(fā)了用于航空發(fā)動機零部件自動化裝配與拆卸的新型夾具系統(tǒng)，如圖24所示，具有自動調(diào)整以適應(yīng)多個不同部件的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對其夾緊位置和夾緊力的精確控制和監(jiān)控。

航空發(fā)動機葉片夾裝是柔性裝配設(shè)備研究的一個重點方面。航空發(fā)動機中葉片數(shù)量可達數(shù)千個，其多曲面、多類型的結(jié)構(gòu)特點和多工序的裝配需求對工裝的柔性提出了很高要求。楊洋等[155]針對低渦葉片裝配過程中容易造成葉片損壞的問題，提出了施加平穩(wěn)載荷、可調(diào)軸向距離的裝配工藝，結(jié)合葉片分裝裝置實現(xiàn)低渦葉片的精準(zhǔn)裝配。Dammann和Schüppstuhl[156]提出一種發(fā)動機葉片組的自動化選擇和裝配方法，使用機器人進行葉片處理、測量、動平衡及間隙測量。孫方成等[157]針對航空發(fā)動機葉片的傳統(tǒng)裝配特點，結(jié)合工業(yè)機器人的諸多優(yōu)勢，設(shè)計了一套基于串聯(lián)機器人的葉片自動裝配系統(tǒng)平臺，具備葉片自動化裝配能力，如圖25所示。機器人技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了柔性裝配技術(shù)的突破，但是在末端執(zhí)行器設(shè)計、自適應(yīng)控制、通信接口開發(fā)等方面仍需進一步研究。

5.6 脈動裝配系統(tǒng)

原有裝配模式多為攤式裝配，能夠支撐多型號、小批量生產(chǎn)，但是難以滿足多型號、大批量裝配的效率要求，進而影響裝配質(zhì)量。脈動裝配系統(tǒng)能夠大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，是航空發(fā)動機產(chǎn)品從小批量科研型向大批量生產(chǎn)型轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)。目前國外LEAP等發(fā)動機產(chǎn)線已具備總裝脈動生產(chǎn)能力，國內(nèi)也逐漸在發(fā)動機產(chǎn)線推廣應(yīng)用脈動生產(chǎn)技術(shù)[4, 158]。國外脈動裝配生產(chǎn)線主要采用水平裝配，在裝配過程中以風(fēng)扇機匣為裝配基準(zhǔn)，首先完成風(fēng)扇單元體裝配，然后依次進行核心機、低壓渦輪和附件機匣的裝配[159]。國內(nèi)連宇臣等[92]對標(biāo)國外先進脈動裝配生產(chǎn)線(圖26[159]和圖27)，面向國內(nèi)民用航空發(fā)動機總裝需求，提出了脈動式總裝生產(chǎn)線的工藝仿真方案。魏小紅等[160]提出了于實時數(shù)據(jù)驅(qū)動的航空發(fā)動機脈動裝配生產(chǎn)線智能管控系統(tǒng)，總結(jié)了裝配工藝仿真、智能排產(chǎn)與動態(tài)調(diào)度、物料標(biāo)識與配送、技術(shù)狀態(tài)管理、裝配狀態(tài)采集及優(yōu)選優(yōu)配等關(guān)鍵技術(shù)。國內(nèi)航空發(fā)動機脈動生產(chǎn)技術(shù)目前處于研發(fā)階段，主要研究脈動裝配仿真技術(shù)[161]，深入分析脈動裝配需求、梳理具有航空發(fā)動機裝配特色的脈動裝配模式、研制適應(yīng)于航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)和工藝需求的脈動裝配設(shè)備，是當(dāng)前亟需突破的重點。

隨著新型材料、制造技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，越來越多的自動化工藝裝備被應(yīng)用于航空發(fā)動機裝配領(lǐng)域，具備更強的工藝實現(xiàn)能力。綜合考慮航多品類空發(fā)動機高精密需求，自動化裝備在以下幾個方面仍有較大的發(fā)展?jié)摿Γ?/p>

1) 結(jié)合裝配原理提升工藝能力。例如，針對螺栓擰緊過程，能夠集成更多的擰緊方式，同時具備擰緊過程的數(shù)據(jù)分析與反饋能力。

2) 具備高柔性及快速重構(gòu)能力，能夠滿足多變型號航空發(fā)動機的柔性裝配需求。

3) 裝檢一體化工藝裝備，能夠集成自動化能力與多元檢測能力，實現(xiàn)裝配過程的閉環(huán)控制與動態(tài)優(yōu)化。

6 先進測試技術(shù)

先進工藝測試技術(shù)的應(yīng)用對于發(fā)動機裝配質(zhì)量評估、問題溯源、工藝優(yōu)化等具有重要的指導(dǎo)意義[130]。特別是測試技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)的集成應(yīng)用，可以作為發(fā)動機生產(chǎn)質(zhì)量乃至設(shè)計的評價基準(zhǔn)，具有廣泛的發(fā)展前景[162]。先進測試技術(shù)的應(yīng)用主要是為了實現(xiàn)裝配過程關(guān)鍵工藝參數(shù)測量，如配合面裝配應(yīng)力、形貌、螺栓預(yù)緊力、間隙等。但是，現(xiàn)有研究與應(yīng)用在高適應(yīng)性檢測裝備開發(fā)、測量數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用等方面仍存在較多不足，影響測量精度與工作效率。首先，如GE公司開發(fā)的內(nèi)窺式測量設(shè)備被用于發(fā)動機內(nèi)部葉片檢查，但是由于缺乏相關(guān)的支撐運動機構(gòu)，只能通過人工轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子配合實現(xiàn)有限目標(biāo)的測量，效率較低、測量范圍也極為有限。此外，許多測量手段還停留在實驗室層面，難以實現(xiàn)工程應(yīng)用。例如，超聲測量等先進測量技術(shù)原理上具備螺栓預(yù)緊力的檢測能力，但是苛刻的工作環(huán)境和復(fù)雜的工作步驟使其難以在裝配現(xiàn)場推廣應(yīng)用。再者，受結(jié)構(gòu)約束，諸如止口配合面等關(guān)鍵位置是無法直接測量的，如何綜合測量技術(shù)與誤差機理實現(xiàn)間接測量，也是當(dāng)前檢測難點之一。

相關(guān)研究主要集中于測試裝備研發(fā)、數(shù)字化測量技術(shù)、測量數(shù)據(jù)應(yīng)用方法及面向航空發(fā)動機的輔助檢測工裝技術(shù)等方面。

6.1 先進測試裝備

在專用自動化工藝裝備已集成的檢測能力之外，航空發(fā)動機裝配過程還主要包括螺栓預(yù)緊力等裝配應(yīng)力測量、裝配間隙等關(guān)鍵幾何量測量。

航空發(fā)動機在高溫、高速運行狀態(tài)下，連接界面的力學(xué)性能變化對轉(zhuǎn)子的行為有著較大的影響[163]，因此在裝配階段保證連接界面的力學(xué)特性穩(wěn)定與準(zhǔn)確至關(guān)重要。當(dāng)前螺栓預(yù)緊力檢測方法大致分為標(biāo)定法、應(yīng)變法、光纖法和超聲波測量法等，此類方法一般需要在螺栓上直接貼合傳感器，在實際大規(guī)模生產(chǎn)中難以廣泛應(yīng)用。針對螺栓連接結(jié)構(gòu)預(yù)緊力檢測方法，閆強[164]開發(fā)了基于振動方式的裝配緊度的檢測方法，建立了裝配緊度對螺栓轉(zhuǎn)子固有頻率的影響，并使用小波能量熵的檢測方法，這種檢測方式可以在裝配完成后對連接部位進行評估，具備更強的工程適用性。針對螺栓裝配質(zhì)量評估的問題，Zhang等[165]通過對連接轉(zhuǎn)子的振動測試，獲得了螺栓連接轉(zhuǎn)子從緊固到松動的各種振動響應(yīng)信號，利用小波分析對轉(zhuǎn)子振動響應(yīng)信號進行分解和重構(gòu)，定義了基于小波能量熵的量化指標(biāo)，實現(xiàn)了螺栓聯(lián)接緊密度的識別。在結(jié)合面裝配應(yīng)力測量方面，應(yīng)變片等是常用的測試方法，Liu等[166]設(shè)計了相位反轉(zhuǎn)菲涅耳波帶片來增強聚焦能力，用以測量發(fā)動機轉(zhuǎn)子連接界面的接觸應(yīng)力。但是，應(yīng)變片等方法需要破壞結(jié)構(gòu)表面，難以在產(chǎn)品上應(yīng)用。因此利用非直接接觸面的間接測量結(jié)果評價接觸狀態(tài)是未來的發(fā)展方向之一。

航空發(fā)動機裝配后葉尖及封嚴(yán)間隙的大小以及均勻性對發(fā)動機性能的影響至關(guān)重要。由于間隙在不同發(fā)動機狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的特性，因此間隙測量技術(shù)有所區(qū)分。在運行狀態(tài)下，主要通過機匣置孔安裝傳感器的方式實現(xiàn)葉尖間隙的測量，一般適用于實驗機型的測量。在裝配過程中主要使用塞尺及l(fā)inipot測量系統(tǒng)[167]實現(xiàn)間隙的測量，通過安裝在葉尖的傳感器測量傳感器與機匣之間的相對變化，得到葉尖相對于機匣的跳動量，反映出葉尖間隙的變化情況，但這種測量方式僅能測量單個葉片的葉尖間隙變化，對于多個葉片的間隙分布情況難以評估，同時操作難度和效率較低。Zhao等[168]開發(fā)了視覺葉尖間隙測量系統(tǒng)，利用專用工裝對核心機裝配狀態(tài)下的葉尖間隙進行測量，可以實現(xiàn)多個葉片的整周葉尖間隙數(shù)據(jù)獲取。此外，通過在機匣內(nèi)壁安裝薄片電容傳感器，也能夠?qū)崿F(xiàn)在不破壞機匣的情況下的葉尖間隙測量，但是此類傳感器穩(wěn)定性較差[169]。葉尖及封嚴(yán)間隙測量難點在于實現(xiàn)發(fā)動機復(fù)雜封閉結(jié)構(gòu)的可達與動態(tài)高精度可測。

葉片是航空發(fā)動機做功的主要部件，葉片的質(zhì)量以及工作狀態(tài)影響著發(fā)動機整體性能，因此保證葉片的質(zhì)量與正確的安裝對于發(fā)動機性能穩(wěn)定性有著重要的意義。在加工制造階段，一般通過三坐標(biāo)測量機或?qū)Ｓ萌~片測量卡尺對葉片外形進行檢測。在裝配階段需要保證葉片安裝的精度，通過榫槽保證其安裝角度。而對于靜子可調(diào)葉片與大型導(dǎo)流葉片，需要測量裝配角度以保證安裝精度，達到調(diào)節(jié)氣動性能的目的。劉超[170]等開發(fā)了基于微電子機械系統(tǒng)的靜子安裝角度測量儀，如圖28所示，通過微型芯片與傾角儀結(jié)合測量葉片的傾斜角度。曹艷等[171]開發(fā)了可調(diào)靜子葉片級間葉片檢測技術(shù)，在冷態(tài)工況下對檢測安裝角度，通過調(diào)整拉桿等結(jié)構(gòu)尺寸，保證工作狀態(tài)下可調(diào)靜子葉片角度的一致性。牛孝霞和龍洋[172]針對低渦靜子葉片傳統(tǒng)手動安裝存在的不足，設(shè)計了整體安裝導(dǎo)葉組件，借助可調(diào)連桿機構(gòu)，控制各葉片的傾斜角度，保證安裝角度的均勻性。曹艷[173]開發(fā)了基于小偏差對比技術(shù)的高渦葉片導(dǎo)向器檢測方法，結(jié)合多個點位測量數(shù)據(jù)，完成對導(dǎo)向器喉道面積的測量，提高了工作效率?？烧{(diào)導(dǎo)葉角度測量技術(shù)在適應(yīng)性和效率方面仍有待提升。

6.2 數(shù)字化測量技術(shù)

航空發(fā)動機裝配過程需檢測的工藝參數(shù)眾多。為保證測量數(shù)據(jù)的有效性，需要實現(xiàn)多參數(shù)的同步測量。例如在檢測止口形貌特征、轉(zhuǎn)子盤心跳動量等參數(shù)時，必須同步獲取相應(yīng)的相位角實現(xiàn)數(shù)據(jù)對齊。因此，需要研究實時測量與通信技術(shù)，通過定義數(shù)據(jù)格式、接口開發(fā)、通信技術(shù)開發(fā)等，實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理，達到多源傳感器系統(tǒng)及驅(qū)動系統(tǒng)的同步協(xié)同控制。針對發(fā)動機的柔性裝配需求，利用三維掃描等數(shù)字化測量技術(shù)指導(dǎo)裝配，能夠有效提高裝配效率[174]。面對螺栓擰緊、復(fù)雜管路安裝等問題，利用激光跟蹤、結(jié)構(gòu)光掃描等測量技術(shù)，結(jié)合實時通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實時裝配引導(dǎo)控制[175-176]。例如，Tingelstad和Egeland[177]通過建立包含工業(yè)機器人和高精度激光三角測量傳感器的實時數(shù)字化控制系統(tǒng)，基于數(shù)字化測量數(shù)據(jù)補償制造誤差，實現(xiàn)發(fā)動機的閉環(huán)數(shù)字化高精度裝配，如圖29所示。

數(shù)字化測量技術(shù)的應(yīng)用有利于實現(xiàn)多傳感器的同步測量，例如Fu等[178]結(jié)合激光測量技術(shù)和軸孔對中技術(shù)，提出了一種基于激光對中的同軸度在線數(shù)字化測量方法，實現(xiàn)在渦扇發(fā)動機裝配試驗中同軸度測誤差小于4 μm。Zhang等[179]針對發(fā)動機堆疊過程中零件眾多、測量精度要求高等問題，提出了在堆疊過程中適用共同基準(zhǔn)軸進行同軸度測量的方法。

6.3 測量數(shù)據(jù)分析

在航空發(fā)動機裝配過程中，部分裝配工藝參數(shù)無法直接測量，需要通過測量結(jié)果間接表征裝配狀態(tài)。此外，測量過程中受到設(shè)備誤差、環(huán)境誤差、對齊誤差等多源誤差影響，導(dǎo)致測量精度損失，難以實現(xiàn)準(zhǔn)確評估。因此，需要研究測量數(shù)據(jù)處理方法及間接測量方法，通過濾波、平差等方式減小測量不確定度，通過工藝參數(shù)建模實現(xiàn)目標(biāo)對象的準(zhǔn)確表征。

針對幾何偏差分析需求，鄧王倩等[180]使用裝配實測數(shù)據(jù)，結(jié)合偏差尺寸鏈分析，預(yù)測了裝配后形成的葉尖間隙分布。Zhao等[31]利用皮膚模型形狀，結(jié)合發(fā)動機實測形貌數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的裝配偏差建模，有效提高了裝配預(yù)測精度。Li等[8]針對裝配預(yù)測量基準(zhǔn)不一致的問題，利用小位移矢量和反矩陣變換來描述和減小基準(zhǔn)面偏差，并利用基準(zhǔn)面獨立矩陣實現(xiàn)零部件的姿態(tài)特征表達與傳遞計算，能夠有效提高發(fā)動機多支點同軸度。測量數(shù)據(jù)也較多應(yīng)用于振動分析，例如等針對機匣振動預(yù)測模型，在有限元模型中使用裝配過程實測數(shù)據(jù)修正連接面阻尼等參數(shù)，提高了預(yù)測精度[181](圖30)。針對發(fā)動機機匣裝配后的振動問題，使用LVD測量系統(tǒng)，結(jié)合有限元方法評估了機匣裝配后振動模態(tài)[182]。同樣針對機匣振動問題，Mir-Haidari和Behdinan[124]將有限元預(yù)測與非線性實驗的方法相結(jié)合，對機匣的振動模態(tài)進行測量。

現(xiàn)有研究在測量數(shù)據(jù)應(yīng)用，特別是間接測量數(shù)據(jù)應(yīng)用方面還有較多不足，測量數(shù)據(jù)不確定度分析與優(yōu)化、多源測量數(shù)據(jù)集成處理、間接測量建模分析、測量數(shù)據(jù)驅(qū)動模型修正等方面仍是測量數(shù)據(jù)應(yīng)用過程的重點和難點。

6.4 輔助工裝技術(shù)

航空發(fā)動機零部件眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、封閉型腔體多，是典型的高復(fù)雜度、高封閉性緊湊型裝備，其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幾何狀態(tài)、力學(xué)性能、表面完整性等對發(fā)動機性能具有重要的影響，由此引出的葉尖及封嚴(yán)間隙、葉片與燃燒室等高溫部件涂層狀態(tài)、整機裝配完整性等關(guān)鍵裝配特性是發(fā)動機裝配及檢修階段的重要檢測工藝參數(shù)。受到復(fù)雜封閉結(jié)構(gòu)影響，一般通過對發(fā)動機拆解檢測或是利用零部件檢測數(shù)據(jù)推測，存在精度不足、效率較低的問題，影響了發(fā)動機生產(chǎn)質(zhì)量與效率。因此，部分研究聚焦于輔助工裝技術(shù)，以支撐裝配檢測需求。例如Li等[183]設(shè)計了專用緊固力測量工裝，針對航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子深腔和封閉腔內(nèi)整體葉盤螺栓的緊固扭矩進行測量，并將其集成到自動裝配系統(tǒng)中實現(xiàn)應(yīng)用。連續(xù)體機器人適用于航空發(fā)動機整機狀態(tài)下的原位檢測需求，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜封閉機構(gòu)內(nèi)部可達，例如從燃燒室機匣位置的內(nèi)窺孔伸入，對燃燒室內(nèi)部進行檢測[184](圖31)?；蛘邞{借高柔性從發(fā)動機正前方伸入到腔體內(nèi)部實現(xiàn)對低壓葉片的測量與微加工[185-186]，如圖32和圖33所示。向立清等[187-188]針對低壓壓氣機葉片檢測的問題，設(shè)計了從發(fā)動機前方伸入的連續(xù)體機器人，并在末端攜帶觸覺傳感器，通過接觸測量的方式獲取葉片上多個點的點云，用以評估葉片位姿。

測量輔助工裝能夠擴大測量技術(shù)的應(yīng)用范圍，滿足航空發(fā)動機復(fù)雜封閉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可達、可測甚至可修的要求。在批量化生產(chǎn)維修過程中，可以有效減少裝配、拆解工作量，大幅提高生產(chǎn)效率。

應(yīng)用于航空發(fā)動機裝配領(lǐng)域，受到發(fā)動機復(fù)雜結(jié)構(gòu)特性影響，考慮高精度檢測需求，測試技術(shù)在柔性、適應(yīng)性等方面仍有不足，具體如下：

1) 航空發(fā)動機裝配體是典型的復(fù)雜、封閉、深腔結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有檢測技術(shù)的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性不足，導(dǎo)致工程應(yīng)用困難，難以實現(xiàn)裝配狀態(tài)下的間隙等關(guān)鍵參數(shù)測量。

2) 對精密零部件的形貌、尺寸等的測量精度不足，難以實現(xiàn)大尺寸零部件微米級測量。

3) 多工藝過程的動態(tài)測量能力不足，導(dǎo)致裝配狀態(tài)的變化規(guī)律不清，難以實現(xiàn)問題溯源。

7 總結(jié)與展望

隨著航空發(fā)動機高質(zhì)量一致性批量化生產(chǎn)需求的逐步增加及先進裝配技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其裝配技術(shù)也正在逐步從手工、經(jīng)驗化裝配模式向自動化、智能化裝配方向轉(zhuǎn)變，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量一致性與生產(chǎn)效率。同時，隨著我國航空發(fā)動機正向設(shè)計體系的逐步建立，需要對裝配質(zhì)量的形成過程具備更深入的機理認(rèn)知，從而指導(dǎo)裝配工藝與性能設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工工藝的協(xié)同規(guī)劃。未來航空發(fā)動機裝配的發(fā)展趨勢主要是數(shù)字化、精密化、自動化、智能化等，高保真仿真技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、智能制造技術(shù)及先進測量技術(shù)等將得到越來越多的發(fā)展應(yīng)用，促進航空發(fā)動機裝配技術(shù)的機理突破與技術(shù)提升。

1) 多物理場耦合作用高保真建模技術(shù)

航空發(fā)動機裝配是多物理場耦合作用的工藝過程，裝配誤差通過發(fā)動機“界面—結(jié)構(gòu)—整機”多尺度結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的非線性累積傳遞對最終裝配質(zhì)量產(chǎn)生影響。進一步的，在工作階段，初始裝配狀態(tài)受到 “流-固-熱”多物理場載荷作用產(chǎn)生波動偏離，表現(xiàn)出更明顯的分散性。因此，單一的幾何量計算或者物理量仿真通常只能實現(xiàn)單一狀態(tài)、單一因素的建模分析，無法滿足多狀態(tài)、多場耦合環(huán)境仿真要求。對于存在微小偏差的初始裝配狀態(tài)的演變過程也難以準(zhǔn)確預(yù)測。在這種情況下，研究多物理場耦合作用下的高保真裝配仿真與質(zhì)量分析預(yù)測方法，建立“裝配工藝-裝配狀態(tài)-產(chǎn)品性能”之間的關(guān)聯(lián)模型，實現(xiàn)敏感性特征裝配參數(shù)的辨識與優(yōu)化，對于裝配工藝優(yōu)化設(shè)計、裝配過程一致性控制、工作過程的質(zhì)量保持等具有重要意義。后續(xù)可從以下方向開展研究工作：①開展復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)裝配誤差非線性傳遞累積機理研究；②實現(xiàn)面向真實裝配過程的多物理場耦合作用規(guī)律分析；③建立面向服役過程的多載荷作用裝配狀態(tài)演變分析模型；④實現(xiàn)敏感性工藝參數(shù)辨識與優(yōu)化，達到全生命周期裝配質(zhì)量可控的目的。

2) 數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)字孿生通常認(rèn)識為通過建立數(shù)據(jù)與物理的數(shù)字化映射關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)面向產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)、模型及物理信息的集成與交互，實現(xiàn)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)及管理過程的分析、預(yù)測與優(yōu)化。數(shù)字孿生作為實現(xiàn)虛實之間雙向映射、動態(tài)交互、實時連接的關(guān)鍵途徑，能夠?qū)⑽锢韺嶓w和系統(tǒng)的屬性、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、性能、功能和行為映射到虛擬世界，形成高保真的動態(tài)多維、多尺度、多物理量模型[189]。發(fā)動機裝配過程是多影響因素、動態(tài)變化的過程，難以通過機理研究實現(xiàn)全裝配周期的質(zhì)量預(yù)測與分析，而數(shù)字孿生技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)驅(qū)動分析等方面的優(yōu)勢則有希望利用數(shù)據(jù)手段突破技術(shù)難點[190]，是解決航空發(fā)動機裝配質(zhì)量預(yù)測與優(yōu)化難題的另一條思路。后續(xù)可從以下方向開展研究工作：①開展裝配過程多源異構(gòu)幾何物理參數(shù)的智能感知與數(shù)據(jù)集成技術(shù)研究；②實現(xiàn)面向動態(tài)多尺度裝配過程的多時空高保真裝配孿生模型構(gòu)建；③基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的問題溯源與工藝關(guān)聯(lián)分析；④基于孿生體的產(chǎn)品性能反演與工藝優(yōu)化設(shè)計。

3) 智能工裝技術(shù)

航空發(fā)動機零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、型號及品類眾多、裝配精度高，對工藝裝備提出了很高要求?，F(xiàn)有的航空發(fā)動機裝配工裝大多是針對具體型號、具體零部件的專用固定工裝，數(shù)字化、自動化程度較低，需要大量的人工參與，導(dǎo)致其難以適應(yīng)科研機多型號變品類、型號機自動化批量生產(chǎn)的需求。同時，產(chǎn)品的質(zhì)量一致性難以保障，現(xiàn)場數(shù)據(jù)可用性差，異常問題的溯源能力弱。因此，研究面向航空發(fā)動機裝配過程的智能工裝技術(shù)，實現(xiàn)裝配過程的自動化、數(shù)字化、柔性化、智能化，是航空發(fā)動機裝配技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。后續(xù)可從以下方向開展研究工作：①轉(zhuǎn)子盲腔數(shù)字化擰緊技術(shù)；②轉(zhuǎn)子堆疊裝測一體化工裝技術(shù)；③裝配完整性智能檢測工裝；④狹小空間機器人輔助裝配技術(shù)等。

4) 先進測量技術(shù)

測量技術(shù)是實現(xiàn)航空發(fā)動機狀態(tài)感知的關(guān)鍵技術(shù)，在裝配過程的絕大多數(shù)環(huán)節(jié)都有測量工藝要求。但是，航空發(fā)動機零部件眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、封閉型腔體多，高復(fù)雜度、高封閉性、緊湊的結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致其裝配過程間隙、預(yù)緊力、涂層狀態(tài)等幾何狀態(tài)、力學(xué)性能、表面完整性工藝參數(shù)的測量難度大?，F(xiàn)有測量技術(shù)主要存在兩方面的不足：測量能力與測量數(shù)據(jù)利用率。測量能力的不足體現(xiàn)在：①對復(fù)雜封閉結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性差，難以實現(xiàn)裝配狀態(tài)下的間隙等參數(shù)測量；②對精密零部件的形貌、尺寸等測量精度不足，亟需突破大尺寸零部件微米級測量技術(shù)；③對航空發(fā)動機多狀態(tài)裝配過程的跟蹤測量與數(shù)據(jù)匹配能力不足，導(dǎo)致裝配狀態(tài)的變化規(guī)律不清。在測量數(shù)據(jù)利用率方面，一是人工采集記錄的方式導(dǎo)致數(shù)據(jù)量以及數(shù)據(jù)的可信度不足，難以全面、準(zhǔn)確反映裝配狀態(tài)；二是尚未建立全面的測量數(shù)據(jù)與工藝參數(shù)的映射關(guān)系，難以基于測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)裝配狀態(tài)的分析預(yù)測與工藝優(yōu)化。因此，發(fā)展數(shù)字化、精密化先進測量技術(shù)，研發(fā)面向航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與裝配工藝的輔助測量工裝，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的高效、高準(zhǔn)確度采集與利用，對航空發(fā)動機裝配技術(shù)進步具有重要意義。后續(xù)可從以下方向開展研究工作：①微米級高精度高效率形貌測量與建模技術(shù)；②航空發(fā)動機復(fù)雜狹小結(jié)構(gòu)內(nèi)部可達的柔性機器人技術(shù)；③裝配結(jié)合面應(yīng)力應(yīng)變間接測量技術(shù)；④面向裝配現(xiàn)場的螺栓擰緊測量技術(shù)等。

致 謝

特別感謝中國航發(fā)集團沈陽發(fā)動機研究所、中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責(zé)任公司、中國航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院對論文工作的幫助和指導(dǎo)！