飞机机翼壁板展开技术分析

飞机机翼壁板展开技术分析

杜颖娜，武杰，杨亮

航空工业西飞，陕西西安 710089

摘要：在航空技术持续发展的背景之下，飞机机翼壁板面临着越来越高的要求，也就需要积极对相应的技术进行分析和改进，所以需要根据其特点和需求改进，本文对飞机机翼壁板展开技术进行分析，以供参考。

关键词：飞机；机翼壁板；展开技术

当代飞机制造行业的专业水平持续提升，通过应用CAD/CAM，可以实现无图纸设计的目标，且对于CAD/CAM进行应用的效果，可以反映企业的制造能力，所以需要针对CAD/CAM进行积极的应用，以完善飞机机翼壁板展开技术。

一、结构特点

当代飞机主要将整体结构作为其中的主要承力结构，相对于传统形式的某些结构来说，其能够体现出更多的优点，例如气动性能方面，整体结构具有良好的对称性，外形准确，且表面光滑；结构强度方面，整体结构的刚性良好，所以强度也相对较高，不仅重量得到了约20%的减轻，还更有利于对于气密性起到保障作用；经济和工艺方面，整体结构的制造周期相对较短，也就能够在一定程度上节约成本，所以针对飞机机翼以及尾翼，均可大量应用整体结构的模式。

整体壁板具有的重要特点之一，即为蒙皮壁薄，针对材料进行切除的几率相对较大，并且，因为壁板的形状及厚度均各不相同，同时尺寸较大，纵横筋条的数量较多，同时对于装配协调提出了较高的要求，且不可以在装配过程中实施大量的锉削处理，所以整体壁板零件制造的难度较大，在进行图纸设计工作的过程中，也就必须首先完善壁板展开尺寸图，并以此为基础确认其中的厚度变化规律，以及外形准确形状和各个梁的具体位置，且在弯曲成型之后，也应能够保障筋条处于垂直于水平面或是直弦平面的状态，以保障整体壁板与相关要求相符合^[1]。

根据几何计算原理，若在一曲面P（u，v）上，有一族为直线，此曲面即为直纹面，此线段也就是直纹面的母线，若直纹面与自身的每一条母线均具有一个唯一切面，这一直纹面则属于可展曲面。将此原理与飞机翼型构型规律进行结合可以发现，机翼曲面属于不可展的曲面，所以在实际加工生产的过程中，机翼壁板需要在进行展开之后，实施相应的加工，方可将曲面转换成为可展曲面。

二、技术思路

从工程的角度来看，在可以为精度提供保障的基础上，可以根据壁板的构型规律，沿着等百分线对其曲面实施合理的划分处理，此时通过CAD软件，可以生成分段式的可展的曲面，将其展开，再进行拼合，以获取展开数据，或是可以才有自编程序处理一个曲面，使其被划分成为数个平面 三角形，再针对其进行计算。

三、整体壁板展开计算过程

针对零件开展计算工作，首先应该明确，于其中性层上进行计算，还是于其理论外形上进行计算。因为在机翼曲面上，该零件的位置处于曲率变化相对不明显的位置，同时包角相对较小，根据曲面展开偏差的计算公式：

d= h× a× /360

在该公式中， d、 h以及 a分别为计算偏差、零件厚度和曲面包角，所以，随着包角的缩小，偏差也能够逐渐缩小。在飞机机翼壁板的零件厚度最大为6mm、曲面片包角为5.5°时，单边计算偏差应为 d=6×5.5×π/360=0.115mm，根据弦向，将曲面合理分割成为曲面片，且数量应为10块，基于此可以明确，曲面片单片的偏差是0.0115mm，选择于临建理论外形上进行计算。

首先明确零件展开区域，并于前梁之前的100mm、后梁之后的100mm、7肋附近、11肋附近，选择与实际情况相符合的参数曲线，分割一整个机翼曲面，使其能够处于所需的状态。

第一，对曲面可展性进行判断，提取其中边界线，根据Develop功能之中的Local模式，针对曲面片的边界线进行“生成曲面”的处理，再将其与原有曲面的基线长度进行对比。事实上，二者不相等，且在形状方面差异显著，经过生成处理的曲面片能够体现出显著的范围小的特点，不能对整个零件的外形进行全面覆盖，也就不能满足零件对于尺寸的要求。

第二，对曲面基线进行提取，借助Develop功能之中的Whole模式，以两条基线为基础，对可展曲面进行生成，在此情况下，曲面的边界处于一致状态，可以与零件大小需求相符合。在对原曲面及新生成曲面开展误差对比时，可以发现，二者之间偏差较大，上下之间的波动最大可以达到0.8mm，所以新生成的曲面难以对零件外形对于精度的要求有效满足，也就需要对原曲面实施进一步的细化处理^[2]。

第三，针对存在偏差最为显著的区域，将机翼曲面的百分线作为基础，实施曲面细化处理，再通过第一个步骤之中的方法，对各曲面片所具有的可展性进行判断，若曲面片不能对精度要求进行有效满足，则需采用第二个步骤之中的方法，开展曲面偏差对比，以促使曲面得到进一步细化，直到其能够与精度要求相符合。

第四，在Develop功能Local模式之中，针对已经生成的各个可展曲面，借助Deform功能进行处理，根据其中的提示，在曲面之中选择曲度最大的一个方向，再于已经确认的参考平面上将其展开。

第五，应用Transfer功能，将展开平面之中需要应用的梁轴线、肋轴线等，逐一传送至所对应的曲面之上，根据各曲面的方向和位置，进行适当的平移、旋转，使其能够得到有效的组合，并使曲面展开的整个过程得到完善。

根据上述的方式，针对全部进行改型的壁板均实施展开处理，壁板曲面经过展开以后，再将其与原有壁板展开曲面进行对比，在可以允许的误差范围之内，保障其与设计要求、制造要求相符合，之后开展数控加工，使其中的各个零件能够与相应的精度要求相符合，也就可以使飞机机翼壁板的加工与相关要求完全符合，可见该展开技术的应用可行，且实用性较高^[3]。

结束语：

根据上文，针对飞机整体壁板实施展开工作，不仅可以为地板零件加工工作提供一定程度的保障，还有利于节约材料和工期，也就能够保障产品的按期交付，同时也能够为飞机机翼壁板的进一步优化和改型提供基础。

参考文献：

[1] 杜博. 基于激光扫描数据的机翼壁板孔位修正及切边技术研究[J]. 通讯世界, 2019, v.26;No.347(04):262-263.

[2] 荆道艳, 薛贵军, 肖庆东,等. 一种用于飞机机翼整体壁板调姿定位系统及其使用方法:, CN109204871A[P]. 2019.

[3] 龚思楚, 张宪政, 王震,等. 某型飞机机翼壁板对接区细节分析及寿命估算[J]. 教练机, 2020, No.43(01):63-66.