飞机机翼整体壁板预应力喷丸成形是现代飞机制造的一项关键技术,是大飞机制造过程中不可逾越的工艺阶段。与国外先进飞机制造厂商掌握了比较成熟的预应力喷丸成形技术相比,我国还处于学习、攻坚阶段,技术水平还比较落后。在国家大飞机研制战略中,该技术是制约机翼壁板制造的瓶颈之一,亟待突破。预应力夹具是飞机机翼整体壁板预应力喷丸成形技术中一个重要的辅助机构,是我国大飞机研制项目中“C919客机机翼整体壁板喷丸成形技术研究”课题中的子课题。本项目研究的目的就是要进行预应力夹具的技术创新,改变以往手工预应力加载方式和极低的生产效率状态,设计出具有自动化调整功能和柔性功能的新型自动化预应力夹具。首先按照用户关于预应力夹具需具备自动化和柔性两个方面的要求,结合预应力加载对象(C919客机机翼下部中段整体壁板,以下简称“机翼整体壁板”)的特性、喷丸成形工艺过程、喷丸机床结构特点、预应力加载工艺规划以及用户要求,提出预应力夹具的总体设计方案。总体设计方案包含加载站位规划、动力选用方案设计、结构方案设计、传动机构方案设计、控制系统方案设计,并提出切实可行的解决方案。然后详细描述在求解机翼整体壁板预应力过程中的有限元数学建模、几何模型的简化与构建、网格的划分、单元类型的选择、零部件间连接的处理、边界条件的设置等重要的有限元建模过程,并依据实际参数求解机翼整体壁板各个肋站位处的预应力值。接着进行气动预应力夹具的结构设计,包括对机构进行受力分析、施力机构和承力机构的设计、立柱的设计、框架的设计。设计出一套满足柔性、刚度和减重要求的预应力夹具结构。最后进行预应力夹具的气动控制设计,包括单动控制设计、联动控制设计和组合控制设计,并对气动成品进行设计选型,设计满足气动自动化要求的气动控制系统。依据本文之前阐述的设计方案,研制出一套机翼整体壁板气动预应力夹具,通过多次预应力加载试验和验证,结果表明本项目达到了全面设计指标要求。本项目的成功应用对后续各型号大飞机机翼整体壁板预应力夹具的设计具有重要的参考价值。