靶向多维度照明设备在大型飞机研制中的应用

尚 文

（中国飞机强度研究所，陕西西安 710065）

0 引言

近年来，我国飞机型号研制水平不断提升，军、民机新型号的立项保持着强劲势头，代表了我国高端装备制造的最高水平。在飞机研制5 大环节（设计、制造、装配、试验、试飞）中，装配和试验作为承上启下的关键环节，其工程质量水平直接影响到后续的试飞运行安全和设计优化改进，作为装配和试验项目质量的基本保障要素，照明设备的运行能力起着至关重要的作用[1]。

1 飞机装配和试验对照明设备的要求

飞机的装配项目（特别是总装项目）是一项多专业、多工种、多作业面、技术多元融合、工艺要求严苛的大型系统工程。在飞机装配作业现场，频繁出现受限空间多岗位交叉作业的情况，同时又要严格保证装配精度和结构功能实现程度，照明设备的安装位置应保证作业区域全覆盖，照明设备的照度应满足装配精度和误差的辨识，照明广度应符合检验要求，同时应尽可能消除直射反光和眩光等不利影响，营造出有利于视觉工作的舒适光照环境，进而符合作业指导书及工艺规范中的具体技术要求和指标确定[2，5]。

飞机地面试验是通过试验装置对飞机结构施加力载荷以此真实模拟飞行状态下的起落、平飞及各种转向科目，其中一项重要试验任务是对试验过程中正常萌生的裂纹进行检测和监测。无损检测人员根据特定周期对飞机进行全覆盖的目视检测，当发现裂纹并进行初始无损检测后需要安装监控设备对其进行24 h 不间断监控，定期的裂纹检测需要照明设备实现全覆盖并且具备不低于精密装配的照度要求，而针对萌生裂纹的持续性监控对眩光和视觉舒适度提出更高的技术要求[3-4]。

2 传统照明设备的问题分析

传统的照明设备逐渐无法满足复杂结构一体化框架、多点交叉作业的需求，同时特殊部位的照度和广度不能满足作业指导书和工艺规范的要求，尤其是以机身水平面及机翼下壁板的作业区域的空间限制，照明设备的布置受到客观环境的制约。

以往飞机装配厂及地面试验单位通常采用直接在工程框架结构上钻孔安装LED 的方式进行照明。然而由于装配和试验工程框架结构通常未将照明需求充分考虑进设计要素体系，加之部分安装布置点距飞机的装配区域或无损检测、检测考核面较远，个别部位甚至存在干涉的情况，同时安装钻孔面厚度的阈值范围较大，造成了两种不利情况的产生：第一，部分作业区域或考核区域未覆盖或照度不满足要求；第二，由于照射距离和方向的调节受到限制采取了叠加的照明组合，对资源和能源造成了浪费。综上所述，传统的照明设备对飞机装配、试验及实施过程的现场作业产生诸多不利影响。

3 设备的优化需求与概念设计

基于现场勘查分析，欲实现照明设备的运行能力满足飞机装配、地面试验的任务要求，作业区域的光照度、光照广度，光源的入射角度、照射路径，安装精度等要素作为照明设备考虑的设计关键要素。通过现场实地调研两个首飞后飞机型号项目的试验装置总系统及某新研制飞机型号的总装项目现场，依据试验任务书及装配指导书，结合工程框架的空间结构与预留间距提出7 项该照明设备的设计特性：

（1）以目标作业（考核）区域选定支持点位及LED 型号。

（2）个性化设计覆盖3 个维度，立体空间覆盖无盲区。

（3）安装通用性强，可接受较大阈值区域固定面厚度。

（4）对非功能性结构分段优化，在总系统中占用空间维度小，稳定性强。

（5）根据光照度、光照广度的技术要求按照设定路径区间对距离和入射角度进行调节。

（6）具备同时固定、引导线缆的结构功能。

（7）推出3 种可组合式的结构型号，可实现任何工程框架结构和任务要求。

基于装配和试验工程特点及照明设备的设计特性，形成如下设计原则：

（1）该设备能够满足无损检测目视检查的照度要求，满足装配时，各工种的误差控制要求。

（2）该设备各个部件、组件的功能明确、作用突出，材料强度和刚度能承受可能遇到的最大冲击载荷。

（3）在技术指标达到设计原则的基础上控制经济成本，选材及制造工艺上避免浪费或工序过剩。

（4）充分考虑照明设备和工程框架结构的装配方式和安装精度。

（5）该设备应具备良好的安全、可靠、环境适应性。

（6）该设备集成应综合考虑照明要求，最大限度减小设备外轮廓尺寸，结构简约、轻巧。

通过综合考虑特殊环境的特点和设计原则，制定出照明设备主要核心部件的制造方案如下：

（1）可调式灯源承载结构：双面承载设计既能承受较大的压力和拉力，通过水平可调式旋钮实现照明设备的水平位移调试，采用滑轨式光角调节结构实现0～60°无极可调，可以有效地满足不同的作业曲面及动态变化中的照明任务。

（2）双向压紧结构：F 形1Cr18Ni9 的压板结构，通过压紧沉头螺钉固定在横梁、斜梁或立柱梁的双向外沿上，拧紧并紧贴固定到位，压紧沉头螺钉之间可通过衬套片连接以起到防松动的效果，以最大限度减轻装配过程中交叉作业所引起的碰撞和振动冲击。

（3）连接结构：连接支持组件由非标设计、支座专业工艺支座，以此连接无间隙压紧结构和可调式灯源承载结构，同时在满足承载垂向载荷的基础上，对照明设备线缆进行约束。

（4）LED 照明装置：选用照度和尺寸符合现场勘查技术要求的专用型号，针对不同考核范围使用不同照度的型号。

4 设计实现与工程应用效果

对我国新研制某型民机总装配项目及某大型军机型号全机地面试验工程（疲劳试验项目）更换并应用靶向多维度照明设备，分别布置1279 和1332 组LED 照明装置，比传统照明设备分别节省了314 及411 组LED 装置，减少了近20%的能耗，同时经过照度计的检测，装配作业区域平均光照度在830 xl，疲劳试验飞机蒙皮表面的平均光照度在890 xl，且实现了光照广度全覆盖。进而对比前序照明设备的安装布置作业情况，同样的运行安装班组，缩短了17 d 的安装周期，通过近半年的工程应用已取得了预期效果，获得了技术、管理、施工人员的各方认可。