某型飞机襟翼导流片逆向工程及制作工艺研究

汪俊杰 刘吉 朱以刚 夏金保

摘要：基于逆向工程技术对某型飞机襟翼导流片制作工艺进行研究，采用3D激光扫描仪扫描襟翼导流片，采集点云数据，对数据进行处理并建立三维模型，结合襟翼导流片蒙皮的制作工艺特点，制作了襟翼导流片并验装，验证了逆向工程方法优化襟翼导流片制作工艺的可行性。

关键词：逆向工程；襟翼导流片；蒙皮；制作工艺

Keywords：reverse engineering；flap guide vane；skin；manufacturing process

0 引言

为提升某型飞机机翼的升力，提高起飞和着陆性能，在机翼后部装有后退式襟翼，但因原始设计和制造的原因，该襟翼导流片存在上下蒙皮整体拉伸成形后导流片截面尺寸大的一端蒙皮较薄的缺陷。在飞行过程中，襟翼导流片在高速气流冲击和发动机振动双重影响下容易产生裂纹。如能有效改善襟翼导流片蒙皮易产生裂纹问题，不仅能提高产品质量，降低维护成本，还可缩短飞机维修停场周期。

1 逆向工程概述

逆向工程是利用各种数字扫描技术，根据现有的物理模型重建样品的三维模型，从而对产品进行改进、修改和制造，最终对产品模型进行加工的过程。该方法可快速、准确地生成复杂曲面，并能在计算机造型过程中对原型进行创新。

逆向工程技术作为现代产品开发的核心技术之一，是当前研究的热点。在钣金加工过程中，有时会遇到难以测绘的较大复杂曲面，通过逆向工程技术，在数据集成技术的支持下进行复杂曲面重构，可以提高测绘的精度，节约时间，有效解决产品复杂外形测绘难的问题。根据测绘的产品三维模型，在软件中对其进行处理，结合产品的制作工艺，可改进加工工艺，提高产品的制作效率和精度。

2 襟翼导流片制作工艺

2.1 制作工艺流程

航空修理企业传统的襟翼导流片制作工艺流程如下：

1）分解损伤严重的襟翼导流片；

2）对襟翼导流片上下蒙皮进行压延、放样，并按放样后的实物尺寸下料；

3）采用蒙皮拉形设备对下料的板材进行拉伸成形；

4）铆接襟翼导流片上下蒙皮。

2.2 制作工艺分析

分析襟翼导流片制作工艺流程发现，襟翼导流片上下蒙皮进行压延后并不是一个完全平整的板料，该板料尺寸与襟翼导流片蒙皮的实际尺寸有偏差，以该板料进行下料并拉伸成形得到的襟翼导流片蒙皮可能与实际尺寸差别较大，耗费的时间较多，且造成板材的浪费。

襟翼导流片上下蒙皮材料为LY12M-δ0.6mm，通过板料整体拉形而成。在采用蒙皮拉形设备对板料拉伸成形的过程中，板料在开始阶段为弯曲变形，后期为塑性变形。该段襟翼导流片较长（1458mm），两端尺寸相差较大，截面尺寸大的一端蒙皮需要“放边”的程度较高。板料在塑性变形过程中，体积保持不变，因此，“放边”较大的区域蒙皮相对较薄。襟翼导流片蒙皮通过整体拉伸成形，容易造成截面尺寸大的一端的导流片蒙皮相对较薄，蒙皮较薄的区域结构强度相对较低，该区域在高速气流冲击和发动机振动的双重影响下容易产生裂纹，给襟翼导流片的后期使用带来了一定的质量隐患。

2.3 制作工艺改进

由上述分析可知，采用压延工艺方法得到襟翼导流片上下蒙皮的尺寸后再下料并整体拉伸成形得到的襟翼导流片蒙皮可能与实际尺寸偏差较大，原因在于襟翼导流片上下蒙皮进行压延后不是一个完全平整的板料。针对此现象，采取如下改进措施：采用3D激光扫描仪测量待分解的襟翼导流片外表面，对测量的三维数据进行预处理，以处理后的数据建模。在模型中展开襟翼导流片上下蒙皮，展开后的尺寸即为襟翼导流片上下蒙皮的毛料尺寸。

同时，针对襟翼导流片上下蒙皮整体拉伸成形容易造成部分区域蒙皮相对较薄的现象，采取如下改进措施：采用分段下料拉伸成形，再铆接得到整体曲面蒙皮。对襟翼导流片模型上下蒙皮进行分割，分割比例为2：3和3：2，分别以分割的模型尺寸下料，然后对毛料拉伸成形。该方法采用先分段下料成形、后“错缝”铆接蒙皮的方式，缩短了需要拉伸蒙皮的長度，对拉伸蒙皮的“放边”要求相对较小，较好地改善了出现较薄蒙皮的现象。为了防止分割蒙皮在使用过程中热胀冷缩产生挤压变形，分割的上下蒙皮分别预留2mm的缝隙对接铆接，襟翼导流片制作成形后在缝隙处涂XM-33密封胶。根据力学强度计算分析，采用预留缝隙对接铆接的襟翼导流片强度能够满足使用要求。

3 襟翼导流片的制作及验装

3.1 襟翼导流片三维模型

3D激光扫描仪测量依靠激光传递数据，在不接触待测物体表面的情况下即可完成测量。该方法具有测量效率高、不会对零件表面造成损伤、对环境要求低、工作距离远等优点，特别适合于异形曲面的数据采集。然而，测量过程中可能会受到被测零件表面质量的影响，设备的缺陷也可能对测量产生影响，数据采集过程中可能出现一些“跳点”或者“坏点”，因此在重构曲面模型之前需要对测量的三维数据进行预处理。数据预处理包括：消除测量数据的噪声点；对数据进行插补；去除冗余数据，优化数据；对数据进行平滑处理。

采用3D激光扫描仪对襟翼导流片进行扫描，采集点云数据，处理数据建立三维模型，如图1所示。对比建立的模型尺寸和实物尺寸，匹配性较高。在模型软件中将襟翼导流片上下蒙皮展开，如图2所示。以“展开曲面”命令展开图2中的上下蒙皮，得到两张四边形板材，如图3所示。

3.2 襟翼导流片的制作

为了提高制作的襟翼导流片质量，本文基于逆向工程技术，结合导流片蒙皮的制作特点，对襟翼导流片制作工艺进行了优化，工艺流程如下：

1）通过3D激光扫描仪采集襟翼导流片外形尺寸的点云数据，处理数据建立三维模型；

2）在软件中对襟翼导流片模型上下蒙皮进行分割，上蒙皮分割尺寸设定为2A/5、3A/5，宽度为模型中测量尺寸；下蒙皮分割尺寸设定为3B/5、2B/5，宽度为模型中测量尺寸，如图4所示；7B0E54E4-595B-4624-91E1-B0838A8D0742

3）展开襟翼导流片模型中的分割蒙皮得到板料尺寸，以该尺寸进行放样、下料、拉伸，得到襟翼导流片蒙皮，对襟翼导流片蒙皮进行编号；

4）按照上述襟翼导流片分割比例，以鐵皮剪沿分割线剪裁需更换的襟翼导流片蒙皮；

5）剪裁完成后，参照图5原位铆接一块该处的襟翼导流片蒙皮，如图6所示；

6）对四块需更换的襟翼导流片蒙皮进行更换，修光蒙皮边角处的毛刺，在对缝处涂XM-33密封胶，如图7所示。

3.3 襟翼导流片的验装

按照装配工艺要求对制作好的导流片进行安装，步骤如下：

1）铆接导流片上下蒙皮处的合页；

2）用通条连接导流片上下蒙皮处的合页；

3）安装襟翼导流片端肋处下蒙皮的垫板，同时完成端肋与下蒙皮的铆接；

4）安装襟翼导流片普通肋、加强肋和端肋处尾边条；

5）安装襟翼导流片连接用的螺栓；

6）将襟翼导流片用螺栓安装固定在襟翼前缘的T型材上，如图8所示；

7）安装完成后，测量襟翼导流片到主襟翼的垂直距离。

襟翼导流片安装完成后，经测量，导流片两端到相邻的襟翼滑架距离均在工艺要求范围内。对比襟翼导流片旧件和新件的6个支撑肋板下方中点到主襟翼的垂直距离，数值均在工艺要求范围内，如表1所示。

4 结论

通过3D激光扫描仪采集某型飞机襟翼导流片点云数据，建立三维数据模型，对比建立的模型尺寸和实物尺寸，匹配性较高。采用该工艺制作的襟翼导流片已在某型飞机上装机使用，安全飞行数千小时，满足飞机的使用要求，襟翼导流片蒙皮易裂纹的问题得到了很好的改善。逆向工程技术可推广到大型异形钣金件的制造上，对异形钣金件的设计也有一定的参考价值。

参考文献

[1]高晓芳.基于逆向工程的曲面零件重构及NC加工[J].机械工程与自动化，2010（5）：164-165.

[2]黄斌达，王琦，陈发威.复杂曲面零件的逆向建模及数控加工仿真的研究[J].组合机床与自动化加工技术， 2010（12）：97-100.

[3]李粉霞，杨洁明.基于逆向工程的复杂曲面数控加工[J].机械工程与自动化，2008（6）：65-66.

[4]于沙.基于计算机逆向工程的模具再制造技术研究[J].铸造技术，2013（10）：1406-1408.7B0E54E4-595B-4624-91E1-B0838A8D0742