航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝及檢測方法

丁靜

摘 要：與常規(guī)產(chǎn)品制作工藝相比，航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝涉及的內(nèi)容多、范圍廣，包含著大量的信息系統(tǒng)，必須要在科學(xué)、嚴(yán)格的管理流程下才能夠完成，近年來，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配領(lǐng)域中得到了廣泛的使用，也基本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化與數(shù)字化，航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝要求較高，需要經(jīng)歷一系列的環(huán)節(jié)，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝復(fù)雜，那么針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測要求也就越高，本文主要分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝及檢測方法。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī) 裝配工藝 檢測方法

1、引言

不同的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型狀態(tài)、設(shè)計(jì)或維護(hù)等技術(shù)要求（如測量、試驗(yàn)、檢驗(yàn)、運(yùn)輸和存儲(chǔ)），決定了不同裝配工藝方案、技術(shù)應(yīng)用和工裝、設(shè)備配置?？傮w上，航空發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用單元體設(shè)計(jì)，也具有相同的維護(hù)需求，因而在裝配工藝上具有一定共性和聯(lián)系。裝配作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在零組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工制造水平既定的條件下，裝配過程將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的最終性能品質(zhì)，其重要性是不言而喻的。裝配過程由單元體組裝、各部件組裝、總裝，以及與此工藝過程對應(yīng)的各種檢測方法尤為重要。

2、航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝

2.1 單元體裝配

首先，進(jìn)行各維修單元體自身的裝配一一將零件、組件裝配成維修單元體；然后，把維修單元體進(jìn)行組裝，形成主單元體，在這一過程中包括部分成附件、管路和零件的裝配；最后，將三大主單元體和剩余附件、零件裝配成整機(jī)。此方案裝配效率高，各單元體的裝配分解可以并行進(jìn)行。任務(wù)模塊清晰明確，既有利于車間工藝布局設(shè)計(jì)，也方便裝配工作計(jì)劃的制定和人員調(diào)配。

2.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件組裝

發(fā)動(dòng)機(jī)部件組裝是指維修單元體和主單元體的裝配、分解，并包括各類檢驗(yàn)和試驗(yàn)。部裝的特點(diǎn)是工作量大，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中的絕大多數(shù)故檢、清洗、維修、平衡、測量和試驗(yàn)工作都在部裝階段完成。針對渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，部裝工作關(guān)鍵技術(shù)包括：轉(zhuǎn)子組合件的同心度控制技術(shù)、單元體內(nèi)部的轉(zhuǎn)靜子間隙和同軸度測量技術(shù)、精密流量和密封檢測技術(shù)、渦輪導(dǎo)向器喉道而積測量技術(shù)、多軸加載狀態(tài)下的齒輪側(cè)隙及貼合度測量和調(diào)整方法、用于狹小空間使用的幾何可調(diào)精密工裝（機(jī)器手）設(shè)計(jì)制造技術(shù)等。

2.3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)總裝

發(fā)動(dòng)機(jī)總裝是指將各個(gè)主單元進(jìn)行安裝，形成主機(jī)后，再進(jìn)行剩余外部結(jié)構(gòu)（如附件、管路，安裝系統(tǒng)等）安裝，最終形成整機(jī)的過程。在安裝過程中，也伴隨一定量的檢驗(yàn)、測量和試驗(yàn)工作。相對部件裝配，技術(shù)含量更高。發(fā)動(dòng)機(jī)總裝工作包含兩部分：主機(jī)裝配和外部裝配。相對主機(jī)裝配，外部裝配的工作量大，技術(shù)成熟度較高。而主機(jī)裝配，即主單元體之間的精確安裝是總裝工藝核心技術(shù)內(nèi)容，也是當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的主要工藝難點(diǎn)和薄弱點(diǎn)。當(dāng)前主要是手工借助吊車完成主單元體的調(diào)姿和定位，很容易造成磕碰和卡滯，效率低，工人操作經(jīng)驗(yàn)是影響裝配質(zhì)量的關(guān)鍵因素。而未來高性能發(fā)動(dòng)機(jī)具有更為精準(zhǔn)的聯(lián)接配合（間隙、過盈）要求，使當(dāng)前的裝配技術(shù)方法而臨更大挑戰(zhàn)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)不管采用哪種裝配工藝，但技術(shù)原理都是一致的，隨著飛機(jī)大部件的數(shù)字化自動(dòng)對接系統(tǒng)越來越成熟，將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝執(zhí)行系統(tǒng)中可以有效提升整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與一致性，發(fā)動(dòng)機(jī)總裝工藝技術(shù)裝配的機(jī)器在穩(wěn)定性、連續(xù)性都比較好，將是航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝的主旋律。

3、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測方法

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、精密儀器等技術(shù)的日益發(fā)展，國外發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)率先將其引入到裝配中，結(jié)合航空發(fā)動(dòng)機(jī)某些關(guān)鍵特征參數(shù)的測量需求，設(shè)計(jì)應(yīng)用了先進(jìn)的裝配工藝檢測技術(shù)。先進(jìn)裝配工藝檢測技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①在裝配過程中的檢測，受限于結(jié)構(gòu)狀態(tài)，是一種在線的現(xiàn)場實(shí)時(shí)檢測；②區(qū)別于傳統(tǒng)尺表，利用相對法測量、非接觸測量等先進(jìn)儀器和方法，使工藝檢測更具科學(xué)性、合理性；③采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和測量過程控制技術(shù)，利用傳感器等手段，進(jìn)行參數(shù)測量、數(shù)據(jù)采集處理和結(jié)果打印、輸出記錄存檔等；④精度和效率都有較高要求。主要介紹以下先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝檢測技術(shù)的方法。

3.1 轉(zhuǎn)、靜子同心度裝配檢測方法

對于航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，葉尖間隙（尤其是高壓渦輪葉尖間隙）對發(fā)動(dòng)機(jī)的性能與安全性有著十分重要的影響。減小葉尖間隙能大大降低燃油消耗率，延長空中飛行時(shí)間，同時(shí)能夠擴(kuò)大任務(wù)飛行半徑。不過，如果間隙過小，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)一靜件之間的碰磨，乃至發(fā)生嚴(yán)重故障，危及飛行安全。因此，高壓渦輪葉尖間隙成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配中重點(diǎn)關(guān)注的特征參數(shù)。傳統(tǒng)上，只能采用部件裝配后塞尺或塞規(guī)測量間隙，或通過測量各自的直徑值進(jìn)行計(jì)算，測量精度和準(zhǔn)確性非常差。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖高速磨床和立式靜子機(jī)匣專用車床的應(yīng)用，對于相配的高壓渦輪轉(zhuǎn)子和高壓渦輪靜子機(jī)匣外環(huán)都具有較高的形狀精度。同時(shí)開發(fā)了一種轉(zhuǎn)靜子同心度裝配工藝檢測技術(shù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝配完成后，評估靜態(tài)條件下的轉(zhuǎn)子和靜子相對位置，從而達(dá)到了對高壓渦輪葉尖間隙的準(zhǔn)確測量和控制調(diào)整。

3.2 差分式排氣面積檢測方法

燃?xì)饬鹘?jīng)導(dǎo)向器的收斂形通道中最小排氣面積，稱之為導(dǎo)向器喉道面積。渦輪導(dǎo)向器喉道面積的大小直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，實(shí)踐證明，渦輪導(dǎo)向器喉道面積的變化，對渦輪級前后溫度、氣流流場，推力、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)差率、耗油率等都有直接的影響，對于發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作，壓氣機(jī)同渦輪的匹配等影響也是很大的。

目前，渦輪導(dǎo)向器喉道面積的測量方法有多種，在國內(nèi)研制及生產(chǎn)上基本采用直接測量法。直接測量法是根據(jù)冷態(tài)當(dāng)量排氣面積計(jì)算公式，對一個(gè)窗口的幾個(gè)截面和高度逐項(xiàng)測量，最后再計(jì)算，其測量設(shè)備有兩種，一種是測具，具有工作量大、效率低（測量一級導(dǎo)向器需要至少4h以上）、重復(fù)定位測量精度不高、工裝配備較多（需要4套寬度測具和1套高度測具及各自的對零校準(zhǔn)臺(tái)）等缺點(diǎn)；另一種是三坐標(biāo)測量機(jī)，根據(jù)測量文件要求，編制測量程序，并利用專用夾具實(shí)現(xiàn)快速批量測量，但還只是用于新葉片的檢測。針對整機(jī)裝配過程中的導(dǎo)向器排氣面積測量需求，國外Starrett公司開發(fā)了一種利用相對法測量的流體差分式排氣面積檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了排氣面積特征參數(shù)在裝配工藝過程中的高精度、高效率的實(shí)時(shí)在線測量。

3.3智能檢測技術(shù)方法

智能檢測技術(shù)方法不同于信號處理技術(shù)，它是一種人工智能化優(yōu)點(diǎn)的檢測手段，是基于領(lǐng)域?qū)I(yè)知識來建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行檢測的方式，主要體現(xiàn)在模糊理論智能分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測和檢測分析，該方法充分體現(xiàn)人工智能的運(yùn)用。

結(jié)語

未來發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展要求發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的渦輪進(jìn)口溫度、效率和可靠性，以及更低的排放和噪聲，這些都對發(fā)動(dòng)機(jī)檢測技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制水平的深入，需要開展的檢測種類和數(shù)量越來越多；需要測量的參數(shù)類型越來越多，測量范圍越來越寬，測量準(zhǔn)確度要求越來越高?，F(xiàn)有測試儀器的能力與不斷增長的航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測試需求之間的矛盾日益明顯，國家應(yīng)有計(jì)劃地開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制部件和整機(jī)檢測所需的測試儀器的研究與開發(fā)工作，包括特種測量儀器、傳感器、測試系統(tǒng)等，以便及時(shí)滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制需要。另外，研究新的檢測方法，對提升發(fā)動(dòng)機(jī)使用效率具有重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]石宏.航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社.endprint