航空发动机装配工艺及检测方法

丁静

摘 要：与常规产品制作工艺相比，航空发动机装配工艺涉及的内容多、范围广，包含着大量的信息系统，必须要在科学、严格的管理流程下才能够完成，近年来，计算机辅助工艺设计系统已经在航空发动机装配领域中得到了广泛的使用，也基本实现设计自动化与数字化，航空发动机装配工艺要求较高，需要经历一系列的环节，由于航空发动机装配工艺复杂，那么针对航空发动机的检测要求也就越高，本文主要分析航空发动机装配工艺及检测方法。

关键词：航空发动机 装配工艺 检测方法

1、引言

不同的发动机构型状态、设计或维护等技术要求（如测量、试验、检验、运输和存储），决定了不同装配工艺方案、技术应用和工装、设备配置。总体上，航空发动机普遍采用单元体设计，也具有相同的维护需求，因而在装配工艺上具有一定共性和联系。装配作为航空发动机制造过程中的一个重要环节，在零组件结构设计和加工制造水平既定的條件下，装配过程将直接影响发动机的最终性能品质，其重要性是不言而喻的。装配过程由单元体组装、各部件组装、总装，以及与此工艺过程对应的各种检测方法尤为重要。

2、航空发动机装配工艺

2.1 单元体装配

首先，进行各维修单元体自身的装配一一将零件、组件装配成维修单元体；然后，把维修单元体进行组装，形成主单元体，在这一过程中包括部分成附件、管路和零件的装配；最后，将三大主单元体和剩余附件、零件装配成整机。此方案装配效率高，各单元体的装配分解可以并行进行。任务模块清晰明确，既有利于车间工艺布局设计，也方便装配工作计划的制定和人员调配。

2.2 航空发动机部件组装

发动机部件组装是指维修单元体和主单元体的装配、分解，并包括各类检验和试验。部装的特点是工作量大，发动机装配过程中的绝大多数故检、清洗、维修、平衡、测量和试验工作都在部装阶段完成。针对涡轮风扇发动机，部装工作关键技术包括：转子组合件的同心度控制技术、单元体内部的转静子间隙和同轴度测量技术、精密流量和密封检测技术、涡轮导向器喉道而积测量技术、多轴加载状态下的齿轮侧隙及贴合度测量和调整方法、用于狭小空间使用的几何可调精密工装（机器手）设计制造技术等。

2.3 航空发动机总装

发动机总装是指将各个主单元进行安装，形成主机后，再进行剩余外部结构（如附件、管路，安装系统等）安装，最终形成整机的过程。在安装过程中，也伴随一定量的检验、测量和试验工作。相对部件装配，技术含量更高。发动机总装工作包含两部分：主机装配和外部装配。相对主机装配，外部装配的工作量大，技术成熟度较高。而主机装配，即主单元体之间的精确安装是总装工艺核心技术内容，也是当前发动机装配的主要工艺难点和薄弱点。当前主要是手工借助吊车完成主单元体的调姿和定位，很容易造成磕碰和卡滞，效率低，工人操作经验是影响装配质量的关键因素。而未来高性能发动机具有更为精准的联接配合（间隙、过盈）要求，使当前的装配技术方法而临更大挑战。

航空发动机不管采用哪种装配工艺，但技术原理都是一致的，随着飞机大部件的数字化自动对接系统越来越成熟，将计算机技术应用在航空发动机装配工艺执行系统中可以有效提升整个系统的稳定性与一致性，发动机总装工艺技术装配的机器在稳定性、连续性都比较好，将是航空发动机装配工艺的主旋律。

3、航空发动机的检测方法

随着现代计算机、精密仪器等技术的日益发展，国外发动机行业率先将其引入到装配中，结合航空发动机某些关键特征参数的测量需求，设计应用了先进的装配工艺检测技术。先进装配工艺检测技术具有以下几个特点：①在装配过程中的检测，受限于结构状态，是一种在线的现场实时检测；②区别于传统尺表，利用相对法测量、非接触测量等先进仪器和方法，使工艺检测更具科学性、合理性；③采用先进的计算机数据采集和测量过程控制技术，利用传感器等手段，进行参数测量、数据采集处理和结果打印、输出记录存档等；④精度和效率都有较高要求。主要介绍以下先进发动机装配工艺检测技术的方法。

3.1 转、静子同心度装配检测方法

对于航空发动机而言，叶尖间隙（尤其是高压涡轮叶尖间隙）对发动机的性能与安全性有着十分重要的影响。减小叶尖间隙能大大降低燃油消耗率，延长空中飞行时间，同时能够扩大任务飞行半径。不过，如果间隙过小，可能导致转一静件之间的碰磨，乃至发生严重故障，危及飞行安全。因此，高压涡轮叶尖间隙成为航空发动机装配中重点关注的特征参数。传统上，只能采用部件装配后塞尺或塞规测量间隙，或通过测量各自的直径值进行计算，测量精度和准确性非常差。随着航空发动机转子叶尖高速磨床和立式静子机匣专用车床的应用，对于相配的高压涡轮转子和高压涡轮静子机匣外环都具有较高的形状精度。同时开发了一种转静子同心度装配工艺检测技术，在发动机传动装配完成后，评估静态条件下的转子和静子相对位置，从而达到了对高压涡轮叶尖间隙的准确测量和控制调整。

3.2 差分式排气面积检测方法

燃气流经导向器的收敛形通道中最小排气面积，称之为导向器喉道面积。涡轮导向器喉道面积的大小直接影响发动机的性能，实践证明，涡轮导向器喉道面积的变化，对涡轮级前后温度、气流流场，推力、转数、转差率、耗油率等都有直接的影响，对于发动机的稳定工作，压气机同涡轮的匹配等影响也是很大的。

目前，涡轮导向器喉道面积的测量方法有多种，在国内研制及生产上基本采用直接测量法。直接测量法是根据冷态当量排气面积计算公式，对一个窗口的几个截面和高度逐项测量，最后再计算，其测量设备有两种，一种是测具，具有工作量大、效率低（测量一级导向器需要至少4h以上）、重复定位测量精度不高、工装配备较多（需要4套宽度测具和1套高度测具及各自的对零校准台）等缺点；另一种是三坐标测量机，根据测量文件要求，编制测量程序，并利用专用夹具实现快速批量测量，但还只是用于新叶片的检测。针对整机装配过程中的导向器排气面积测量需求，国外Starrett公司开发了一种利用相对法测量的流体差分式排气面积检测技术，实现了排气面积特征参数在装配工艺过程中的高精度、高效率的实时在线测量。

3.3智能检测技术方法

智能检测技术方法不同于信号处理技术，它是一种人工智能化优点的检测手段，是基于领域专业知识来建立的数学模型进行检测的方式，主要体现在模糊理论智能分析、神经网络检测和检测分析，该方法充分体现人工智能的运用。

结语

未来发动机技术的发展要求发动机具有更高的涡轮进口温度、效率和可靠性，以及更低的排放和噪声，这些都对发动机检测技术提出了新的挑战。随着航空发动机研制水平的深入，需要开展的检测种类和数量越来越多；需要测量的参数类型越来越多，测量范围越来越宽，测量准确度要求越来越高。现有测试仪器的能力与不断增长的航空发动机试验测试需求之间的矛盾日益明显，国家应有计划地开展航空发动机研制部件和整机检测所需的测试仪器的研究与开发工作，包括特种测量仪器、传感器、测试系统等，以便及时满足航空发动机研制需要。另外，研究新的检测方法，对提升发动机使用效率具有重要作用。

参考文献

[1]石宏.航空发动机装配工艺技术[M].北京航空航天大学出版社.endprint