航空发动机外部管路自动装配技术的研究

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航空发动机作为飞机的心脏,是飞机最核心的部件,为飞机提供必要的动力。发动机的研发在整个飞机的研发过程中也是最为重要的一部分。上世纪50年代,我国的航空发动机工业从零起步,航空发动机的研发也是从开始的模仿学习,然后再慢慢实现自主研发的过程。虽然过程比较艰辛,但是我国还是实现了航空发动机的自主研发。目前,随着数字化水平的提高,航空发动机的研发过程很多都可以在基于数字样机的基础上进行实现。虽然目前航空发动机的外部管路数字模型采用的设计工具和加工工具都已经实现了信息化和自动化,但外部管路数字模型的构建以及支撑件的安装依然停留在纯人工阶段。在完成数字样机外部附件布置后,连接各附件的外部管路设计主要依靠设计人员的经验,设计人员需要耗费大量的精力和时间来完成管路空间路径的规划、管路相对位置的分配、管路支撑件的布置、管路干涉的修改以及管路间隙的检测等。由于发动机外部管路的装配敷设耗费了设计人员大量的时间和精力,拉长了整个发动机研发的周期,使研发成本增加。为了适应发动机整体研制水平提高的要求,迫切需要建立以数字样机为基础平台,自动化、智能化的实现管路的自动装配敷设系统的开发。本课题就是基于UG,采用C#语言,对UG进行二次开发,实现发动机外部管路的自动化装配敷设。以下为本课题主要的研究内容:(1)自动装配。采用基于识别自定义的装配特征的方法,通过创建基准点和基准轴,作为装配的基准来进行自动装配。实现在不同机匣以及安装边上面进行安装座(包括圆形安装座和L型安装座)、卡箍和螺栓的自动装配。(2)卡箍位置优化。采用遗传算法对管路上的卡箍位置进行优化。优化过程将管路的振动频率和振动幅度作为优化目标,对卡箍与管路一端的距离进行编码,采用UG NX对管路进行模态分析获得适应度值,通过交叉、变异获取最终最优适应值对应的最佳卡箍位置。(3)管路敷设。通过识别具有连接关系的附件端口、对应卡箍和卡箍端口,实现管路的自动敷设。(4)管路的干涉检测及干涉修改。采用基于UG干涉内核,提出静态间隙分析法,实现管路的静态干涉检测。对干涉管路进行空间数学建模,求出干涉管路的干涉距离和干涉方向,结合管路变长位置修改法,对干涉管路进行干涉修改。(5)综合上述的几部分的研究,开发出航空发动机外部管路自动装配原型系统。
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