飞机紧固连接智能设计技术研究

飞机紧固连接智能设计技术研究

全荃

陕西飞机工业有限责任公司 陕西省汉中市 723000

摘要：对于飞机而言，其整体结构是借助各个飞机大部件装配到一起所组成的。而各个飞机大部件之间实现装配则需要依靠数以万计的紧固件进行连接，由此可见，在飞机结构设计中，紧固连接设计是至关重要的一项内容。伴随着信息化和数字化的发展，飞机紧固连接迎来了智能化设计的机遇，飞机整体结构设计实现了进一步的优化。本文分析了紧固件连接中的螺接设计和铆接设计，并探究了飞机紧固连接智能设计的相关内容。

关键词：飞机；紧固连接；智能设计技术

引言：飞机结构的理想化状态是，一次性加工一种材料使其成为一个完整的整体，但这种想法并不可行，原因在于飞机需要进行维护、修理以及储存等多项内容，且现有的技术水平和材料存在制约，一次性加工难以实现。因此，现阶段的飞机结构设计依旧需要大量的零部件，并且需要紧固件实现各个零部件之间的连接，紧固件在其中起到了桥梁和纽带的作用。依托不断进步的科学技术，飞机紧固连接设计也有了实现智能化的可能。

1 螺接设计

在飞机结构连接中，螺接是一种应用频率较高的连接方法，主要包含两种形式，分别是螺钉连接和螺栓连接^[1]。在一些承受力量较小或者可拆卸连接的部位，螺钉连接应用得比较广泛。在一些承受力量较大的位置，则主要应用螺栓连接。

1.1 螺栓分类

具体来看，螺栓连接方式也是可以被细分为更多种类的，按照飞机整体结构不同和差异化的受力方式，使用的连接方式也就不同。按照受力形式进行划分，常见的螺栓连接方式主要有承剪和承拉两种形式，或者是二者相结合的形式。在这三种连接方式中，使用到的螺栓类型也存在着差异化特征，承拉方式中应用的螺栓类型为承拉螺栓，承剪对应的螺栓类型则为承剪螺栓，而二者相结合的连接形式使用到的螺栓类型则为拉剪螺栓。按照连接位置进行划分，螺栓连接类型又可以被划分为普通连接形式、密封连接形式以及盲连接等。

1.2 材料

无论是螺栓连接的形式，还是螺钉连接的形式，最为重要的一项内容就是材质，需要使用可以承受飞机飞行期间所受力量的材料。当前，钢材料是飞机紧固件中使用到的螺栓和螺钉的主要材料形式，基本是合金钢和碳钢。在飞机上成品件或者是驾驶舱等位置，也许少量以塑料制成的螺钉。使用塑料螺钉的意义在于，该种材质出现腐蚀情况的概率较低，并且相较于钢材质的螺钉而言，塑料螺钉的自重会更轻，这种类型的螺钉在飞机中仅仅发挥连接的功能。

2 铆接设计

铆接是飞机紧固连接设计中的重要一环，其原理是借助铆钉将两块板连接起来，对于飞机而言，其各个部件之间的连接有60%-80%都是依靠铆接完成的，铆接涉及的内容主要有两个无需拆卸的部件之间的连接、两个骨架之间的连接、骨架与蒙皮之间的连接以及蒙皮与壁板之间的连接等多个部位的连接^[2]。

在进行飞机紧固连接中的铆接设计时，需要遵守一定的原则，其中最核心的一项原则就是铆钉的布局。具体来说，交叉、平行、三排、双排以及单排等都是铆钉的布局排列形式，在确定铆钉布局时，需要遵守相关的要求，以具体的情况作为依据，确立最适合的排列布局方案。通常情况下，腹板和蒙皮之间的连接适宜使用单排的铆钉布局方式，而蒙皮与腹板的铆缝中则更适合应用双排的布局形式。总体而言，铆钉的布局形式需要按照实际情况进行确定。

3 飞机紧固连接智能设计

近些年来，航空制造领域中信息化技术和数字化技术的应用越来越广泛，技术水平也得到了进一步的发展，朝着智能化的方向不断迈进。基于这一背景，飞机紧固连接设计也迎来了智能化发展的机遇，借助信息化技术和数字化技术在飞机紧固连接设计中的渗透，这一内容实现了更加高效化、准确化的发展。

3.1 全三维紧固件设计要求

在飞机设计时，需要经历一段打样设计的阶段，在此期间，相关人员应当完成相关设计要求规范的制定，包括飞机整体结构装配过程中紧固件类型的选择、紧固件的调入、实际安装以及计算等整个流程的规范。在规范制定完成之后，飞机紧固连接设计人员需要以该规范作为指导标准展开智能化紧固连接设计，使智能化紧固连接设计可以既符合相应的规范，又切实达成全智能技术化的相关设计理念的贯彻落实。

3.2 MBD技术的研究

MBD技术是飞机紧固连接智能化设计中一项关键的技术形式，依托建立一个分析紧固件几何信息的模型，并明确该技术在飞机紧固连接智能化设计中的标准，能够获取到强大的数据支撑力量，从而为紧固连接设计准确性的提升奠定坚实的基础^[3]。具体而言，借助一个集成化的三维数字化实体模型，MBD技术可以将产品定义信息完整地表达出来，并作为紧密连接设计中的重要依据。通过使用MBD三维数字化产品定义技术，一方面可以使飞机紧固连接的设计模式出现翻天覆地的变化，使其不需要进行二维工程图纸的生成，另一方面，其对设计下游的活动也可以产生十分深远的影响，推动了数字化制造技术重大变革的出现，促使三维数字化制造时代真正走到我们的身边。依托MBD技术，飞机产品数据的制造模式将被彻底改变，三维数字化数据信息应用、三维数字化技术开发以及三维数字化产品定义有了实现的可能，切实实现了一个以MBD技术为基础的三维数字化制造技术应用体系的完整建立。以MBD技术为基础的智能化技术实现了整个飞机100%的三维数字化设计。

3.3 关联组合算法研究

关联组合算法指的是，在飞机紧固连接智能设计的过程中，对紧固件的实际使用要求以及各个紧固件之间的匹配程度进行分析，从中探寻出存在的规律和关联之处，再对这些内容进行整合、统计以及分析，为这些规律可以真正在系统中落实提供一个可行的条件。借助关联组合算法，一方面可以打破以往沿用的不成熟的设计理念，使紧固件在设计和安装的过程中，可以依托存在的规律进行实现设计和安装匹配的自动化，包括存在差异的紧固件种类与型号，结构的匹配程度、制作的具体规律以及实际使用的环境和位置等内容；另一方面，在该技术的支撑下，还可以借助统计结果不断完善飞机紧固件系统，为建立起一个具备更强实用性和通用性的飞机标准件数据库创造了更加良好的环境。

3.4 紧固件设计系统的建立

研究对象为大型客机时，在展开紧固连接智能设计的过程中，需要对服务于紧固件设计的系统架构进行完善，从而为紧固连接智能设计的统一化和规范化奠定坚实的基础。在此期间，可以借助多种形式的系统达成这一目的，举例来看，BOM统计就是一种十分可行的系统，借助这一系统，紧固件计算和统计工作的开展将会更加顺利，在飞机紧固连接智能设计中，BOM统计也是一种使用频率较高的系统。该系统具备强大的功能，一方面，它可以对紧固连接设计中所用的紧固件的具体数量进行统计，还可以将紧固件的重量进行详细的统计；另一方面，BOM统计还可以将紧固件在设计和实际应用中所承受的力量进行统计，这可以为紧固零件和飞机整体结构中其他零件的生产提供指导力量，以生成一个组合清单的形式指导生产环节，使生产出的零件和紧固件可以更加符合飞机紧固连接智能设计的实际需求。

总结：综上所述，紧固连接智能设计是服务于飞机整体结构装配的一项内容。在实际展开这项工作的过程中，需要以具体的装配部位和受力形式作为依据，选取最恰当的紧固件，再展开连接设计。设计人员在展开紧固连接设计的过程中，要注重功能、重量以及成本等内容，使各个零部件既可以保持良好的连接性，又可以为后期的维护工作创造良好的基础。总体而言，借助信息化技术和数字化技术，紧固连接设计的精准程度和效率得到了显著地提升，并实现了紧固件数据库的建立。

参考文献：

[1]段卓毅, 飞机紧固连接智能设计技术及应用. 陕西省,中航工业第一飞机设计研究院,2019-11-14.

[2]王芳芳,黑东盛,赵嗣徽.基于飞机结构装配的紧固件连接设计研究[J].科技资讯,2019,17(22):65-66.

[3]杨晓东,李凯.飞机复材紧固件连接载荷分配分析方法研究[J].机械设计与制造工程,2020,49(10):76-80.