发动机外部系统分层装配技术研究

李伟 郭桃都 王茹雪 海瑞

摘 要：分层装配技术是航空發动机外部系统装配过程中的一种全新装配理念，通过结合三维设计的发动机模型对发动机外部附件及管路进行系统梳理，制定出符合设计要求且满足生产进度的外部管路阶段装配工艺路线和阶段检查工艺方法，细化管路装配工艺要求及检测技术，有效提高装配工艺文件的可操作性。应用新模式的发动机外部系统分层装配和检验工艺，可使管路装配不合格情况在各层级装配后被及时发现并进行纠正，避免总装配完成后发现问题再进行局部管路分解和装配，该技术对管路之间装配间隙和应力控制起到较大作用，可提升发动机外部系统的装配质量和效率。

关键词：航空发动机；外部系；分层装配；质量；效率

中图分类号：V233 文献标志码：A

在航空发动机结构中，外部系统是其中最为复杂、涉及系统最多、零件数量最多、装机接口最多、结构形态变化最多的部分。航空发动机外部系统的设计工作可以应用计算机建立数字样机进行，但装配工作目前仍无法实现自动化流水线模式，国外也是由人工进行发动机外部系统的装配。人工装配过程中的工艺路线制定、工艺方法安排在很大程度上影响发动机外部管路的装配质量与装配效率。原有的发动机外部系统装配方法已不能满足目前的装配质量及装配效率的需求，亟需研究新的发动机外部系统装配技术以匹配现有的发动机生产装配要求。

1 发动机外部系统装配技术研究

航空发动机外部系统主要包括发动机外部附件、发动机管路以及支撑固定件等。其中附件部分有燃油系统、润滑系统、起动系统、调节与控制系统、传动系统等；管路系统是将发动机各部件之间、附件之间、部件与附件之间以及发动机与飞机之间相互连接，输送各自规定的流体和气体，保证发动机运行的一系列管路网。发动机附件及管路通过各种相关类型的固定件将其固定于发动机上。

1.1 原发动机外部系统装配工艺介绍

原有的航空发动机外部系统装配：在发动机核心机装配完成后，先装配所有外部附件再连接管路，管路装配是从紧贴发动机的机匣壳体开始装配至最外层结束，整台发动机外部管路装配可由一组操作者（1人或多人）完成。因发动机外部附件、管路以及支撑固定件等分布复杂，工作内容间差异性小，因此整块装配工作内容并未进行隔离与划分，装配质量检验工作也是在发动机各外部附件与管路全部装配完成后再统一进行。

该装配模式下，装配工作在班组交接时无固定节点，容易产生管路的漏装；同时发动机外部管路装配工作只能由一组操作者进行，无法多组并行操作，装配时间较长；此外，原有检验工作集中在装配工作全部完成后，工作量较大且耗费时间长，会造成视觉疲劳而影响检验质量；同时整台发动机的外部管路同时检验，会造成一部分位于最底层的管路因部分位置被遮挡不方便检查，而且一旦出现间隙不合格情况调整起来比较困难，无论是调整位置还是局部管路重新分装，对装配质量均有一定影响。

1.2 发动机外部系统分层装配工艺路线制定

航空发动机总装配过程因装配内容多、装配工作量大，需要划分出很多装配工序。首先结合发动机设计结构特点确定，依据附件和管路装配于发动机的位置，将其初步分为前、后、左、右4个部位，划分时要综合考虑4个部装配工作量的均衡性，便于各部位装配工作可以由多名操作者同时开始、同时结束，有效控制装配时间；其次明确各附件装配要求，附件装配位置基本都是贴近于发动机机匣表面的，所以附件应优先于管路完成装配；然后是对管路系统的装配路线进行确定，发动机前、后、左、右4个位部的外部管路系统根据安装导管数量情况大致可分为3～4层，各部各层管路安装数量和工作量应接近，管路安装路线应充分考虑各连接部位的连贯性与干涉性，同时兼顾燃油系统、滑油系统管路的系统性；最后是其他外部组件的装配调整和发动机电缆装配。

1.3 发动机外部系统分层装配工艺制定

结合外部系统的三维设计思路，按照发动机外部系统管路空间分布形式以及实际装配顺序，对附件及管路按区域、层次进行划分，细化工艺方法及检测要求，制定出新的装配工艺路线：前部附件装配、检验、前部管路第1层装配、检验、前部管路第2层装配、检验……后部附件装配、检验、后部管路第1层装配、检验、后部管路第2层装配、检验……左部附件装配、检验、左部管路第1层装配检验、左部管路第2层装配、检验……右部附件装配、检验、右部管路第一层装配、检验、右部管路第2层装配、检验……最终检验。

改进后的装配工艺，要求操作者按预先确定好的层次进行装配，每层装配后立即进行检查，装配问题可在第一时间被发现而且容易纠正，可有效提高装配质量。

1.4 发动机外部系统装配的分层检查要求

传统模式的发动机装配工艺文件都是要求在完成外部系统全部装配内容后，进行最终的组件安装质量检查工作，对于单元体装配来说是可以保证装配质量的；但如果在发动机外部系统全部装配完成后再检查调整，对于错综复杂的外部管路系统会存在一定影响，尤其是调整处于底层的管路，导管装配同心度、装配应力均很难控制。

发动机外部系统应用分层装配工艺技术后，在各层工序装配后立即开展发动机的分层检查工作。检查项目的设立主要根据曾发生的质量问题（如：管路漏油、保险未锁或锁紧错误等问题）、发动机装配后终检时发现的问题进行统计和分类，并结合实际装配状态进行分析后最终确定重点检查项目及内容。通过各层检验项目的确立，可在装配后按重点检查项目内容对装配状态进行控制，第一时间发现不符合项并予以纠正，最终保证发动机整机装配质量。

1.5 改进后的优点

发动机外部系统装配采用分层装配分层检验工艺后，可使管路装配不合格情况被及时发现并纠正，有效控制发动机的外部系统装配质量；允许多组操作着同时进行装配工作，缩短装配周期；分步检验，既缩短每次检验时间又保障最终检验质量。

综上，分层装配技术可提升发动机外部系统的装配质量及装配效率。

2 分层装配技术的应用

分层装配工艺理念已率先应用于某型科研发动机外部系统装配，通过应用验证可知，发动机外部系统装配质量得到了有效提升，在进行发动机交接验收时以零外观质量问题一次顺利通过验收，后续将该装配工艺方法应用于批产型号发动机外部系统装配中。

结语

分层装配技术，这一全新装配理念在航空发动机外部系统装配中得以实施。通过对发动机外部系统分层装配、分层检验的工艺进行现场应用验证，该工艺能够准确指导现场操作，控制发动机外部装配质量。主要效果是管路装配不合格情况可在各层装配后被及时发现并进行纠正，避免在外部系统装配完成后再进行局部管路分解和重复装配情况，对于导管装配间隙和应力控制起到了很大的作用，发动机试车漏油情况也间接地得到了改善。

进行分层装配工艺改进后，可大大缩短发动机外部系统装配周期和发动机终检时间，并减少发动机终检问题数量85%以上，该项技术圆满达成提升发动机外部系统装配质量，提高发动机外部系统的装配效率的研究初衷。

参考文献

[1]刘振东，胡一廷，李咏凡.基于UG、3DVIA的航空发动机外部管路装配工艺可视化设计[J].航空发动机，2014，40（4）：41-45.