航空发动机零部件数字化检测技术的应用

令狐棋 邓亚军

摘  要：随着时代的发展，航空发动机相关零部件的数字化检测技术越加先进，为发动机部件安装质量提供了基础保障，通过结合数字化检测技术的有效应用，进一步提高了整体装配质量，能够保障发动机的运行可靠性。数字化检测技术在航空发动机相关制造技术中发挥着重要作用，应用于发动机部件的检测和装配过程中能够发挥出双倍效果，为此需要深入研究。本文主要针对航空发动机零部件的数字化检测技术进行系统研究，包括研究背景、研究载体、总体思路、难点分析和解决方案，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：航空发动机  零部件  数字化检测  应用

中图分类号：V231                               文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2020）09（c）-0007-03

Abstract： With the development of the times， the digital detection technology of aero-engine related parts is becoming more and more advanced， which provides a basic guarantee for the installation quality of engine components. By combining with the effective application of digital detection technology， the overall assembly quality is further improved and the operation reliability of the engine can be guaranteed. Digital inspection technology plays an important role in aero-engine related manufacturing technology. It can play a double role in the detection and assembly process of engine components， so it needs to be further studied. This paper mainly focuses on the digital detection technology of aero-engine parts， including research background， research carrier， overall ideas， analysis of difficulties and solutions， hoping to provide effective reference for relevant people.

Key Words： Aeroengine; Parts; Digital inspection; Application

隨着时代的发展，航空发动机相关零部件的数字化检测技术越加先进，进而为发动机部件安装质量提供了基础保障，通过结合数字化检测技术的有效应用，进一步提高了整体装配质量，能够保障发动机的运行可靠性。为此需要对数字化检测技术进行深入研究和灵活掌握，将其在发动机部件安装中的作用发挥出来。

1  研究背景

针对航空发动机进行装配作业中，其中各个部件装配工作便占据了大部分比重，需要消耗较长周期，同时相关装配质量也决定了发动机装配成果质量，在整个发动机装配作业中是一项即重要又复杂的任务。同时在现代化背景下，传统装配技术也无法满足新时期航空发动机相关高精度和高质量要求。为此需要针对航空发动机相关技术进行研究创新，充分掌握数字化检测技术，从而能够促进我国航空发动机相关装配生产水平的有效提升，保障航空发动机的运行质量，提高我国航空发动机生产质量，对于国内航空领域发展具有重要意义。

2  研究载体

以某个航空的典型发动的新型喷管为例进行检测研究。将先进发动机内新型喷管部件当成核心研究载体，相关结构设计十分复杂，属于一种互相交错的复杂结构体。其主要包括双环结构、收敛偏转段、喷管扩散段以及加力筒体等部分，能够对位姿动作进行同步控制。在发动机相关操作中，需要确保其中的各个零部件都能够按照相应结构设计要求，进行科学装配。同时新型喷管扩散阶段与偏转中，应该标定360°全方位范围中各个角度的实际转角。将发动机作为基础轴线，喷管轴线当成基准的0～20°之间任意角，此外还应该和模型控制系统维持相同的给定值范围，避免其超出给定公差上下1°范围界限[1]。

3  总体思路

科学确定针对航空发动机的数字化检测工艺和实施方案，同时形成以PDM为基础的数字化工艺结构模式，将喷管虚拟装配和协同生产过程直观呈现出来。因为新型喷管整体结构是一种特别复杂、多样的空间运动结构体，为了进一步消除检测过程中因为干涉所形成的返工浪费问题，在喷管装配相关检测工艺方案制定中，应该结合平台为基础的虚拟装配技术，针对喷管相关检测流程和检测路径实施仿真模拟操作，针对喷管形成一种最优的检测方案。

研究选择激光跟踪模式对喷管以轴线为基础实施六自由度转动靶点坐标，明确靶点相应的运行轨迹，随后联系相应的轨迹方程，通过计算机实施准确计算，将360°全方位喷管输出实际空间转角值，随后和控制系统相关给定值之间进行分析比较，两者之间的吻合公差控制在上下1°左右，顺利完成针对新型喷管空间转角相关标定工作。

4  难点分析

喷管除了加力筒体的安装边缘是机加件之外，剩下的都属于精铸件以及钣金焊接件，存在较大的制造公差。喷管运行中涉及多种运动部件，同时需要避免其彼此之间形成干涉，不然便无法达到精度标准和动作检测质量要求。怎样进一步提高喷管装配检测技术的科学性与合理性，提高操作效果，提供良好的可靠性保障，都是相关工艺方案设计中的重点攻克难题。

除此之外，新型喷管360°全方位偏转角的数字化标定也成为一项重点难题。新型喷管相关扩散段于偏转操作中，需要在360°全方位范围内任意方向空间转角实际数值和控制系统给定数值维持一致性。因为喷管结构特征，相关轴系为空，导致标定测距工作中，因为基准不足，而影响整个工作流程，即便拥有刚性测具，但于喷管空间内进行动作，容易因为轴心丢失，而加大标定误差，增加了喷管空间动角标定难度[2]。

5  解决方案

新型喷管虚拟装配中的应用软件主要是西门子研发的协同平台系统，在此基础上形成一种制造工艺管理系统，相关系统也提供了一种协调操作的开放软件工具与计算机网络环境，结合装配仿真软件、TC平台集成，在TC管理系统中创建仿真工具、三维喷管CAD模型、制造物料清单。针对新型喷管实施有效装配作业中，需要把喷管相关数据信息、装配资源、装配特点以及操作流程等全面联系起来，形成一种完善全面的资源过程信息、装配流程信息，形成一种较为清晰的工艺规划，促进平台全面共享。可视化工艺实现需要把PSE内新型喷管模型结合模型管理装置形成一种轻量化模型格式，有效储存于TC内部，于MSE内创建装配规划顺序，随后把EBOM传输至MSE内对零件进行分配，形成一种MBOM，随后于PS内实施装配规划和仿真设计，成为工艺优化方案。

在针对新型喷管相关空间动态转角实施数字化标定过程中，因为新型喷管转动角度属于一种空间动态形式的，为此可以选择激光跟踪测量方法进行处理，相关测量关键主要是对其中的点进行测量和创建坐标系，针对小范围空间的测量工作，可以针对那些靶标测量点进行直接选定。通过三维激光跟踪仪针对喷管角度偏转运动中，相关靶点坐标实施空间走向跟踪。如果靶标运动轨迹主要是于球面体中运行，则证明偏转轨迹符合球面函数方程。先通过计算，得到实测周朝对称两点球面前后轨迹弦长平均值，最后继续针对实测运动轨迹的弦长平均值，和相关理论模型的拟合最佳数值，顺利完成喷管偏转角相关标定工作。

除此之外，噴管转角实施标定作业中，需结合数据处理中心以及数字化测量系统。数字化测量系统涵盖计算机辅助系统、照相测量系统、激光定位跟踪装置等几部分，从而形成一种精确度较高的测量系统，能够针对航空发动机部件各个关键点实施准确、快速的跟踪测量工作，提高发动机相关部件产品装配的准确性与控制性。数据处理中心主要是通过配套软件以及高性能计算机所构成的计算机系统，对装配对象主要特征进行准确识别。针对装配方案进行有效设计和对公差进行分析计算的过程中，需针对各种反馈数据实施科学处理。由此能够看出，喷管的转角标定工作主要是利用测量系统对相关运行数据进行全面采集，随后将所获得的各种数据信息传输至数据处理中心，准确发出各种控制指令，随后结合数字化跟踪执行装置，对实际测量部位真实位置进行确定和调整。最终结果证明数字化检测技术的有效应用能够进一步降低检测误差，准确标定喷管空间转角。

6  结语

综上所述，结合数字化检测技术和激光测量技术，能够得到更为精确的喷管空间转角数值，同时相关给定误差也不会超出1°，符合航空发动机的技术要求，能够针对喷管空间转角进行准确标定。为此需要针对数字化检测技术不断进行深入研究和创新，灵活掌握数字化检测技术，发挥出其价值和作用。

参考文献

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[2] 于群，孙方成.航空发动机装配技术的应用及其发展趋势[J].山东工业技术，2018（3）：57.

[3] 高君，饶志锋.航空发动机数字化装配技术[J].科技创新与应用，2018（35）：158-159.

[4] 陈孝业.航空发动机零部件制造工艺技术管理系统研究[D].长沙：湖南大学，2015.

[5] 吕依儒.基于数字化技术的航空发动机检测探析[J].内燃机与配件，2020（13）：152-153..

[6] 李琎.飞机零部件数字化检测系统中的关键技术研究[D].沈阳：沈阳航空工业学院，2019.

[7] 连宇臣，徐尧，李琳，等.航空发动机脉动式装配生产线工艺仿真关键技术研究[J].航空制造技术，2020，63（Z1）：57-63.

[8] 滕伟斌，王修专，储松林，等.虚拟装配技术在航空发动机燃油附件设计验证中的应用[J].现代制造技术与装备，2018（12）：14-16，19.