CN110789728B - 用于飞行器的复合材料结构装配定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，包括步骤：a.建立飞行器装配定位基准；b.确立装配零部件的位置关系；c.固定装配零部件的位置；d.精测飞行器整机外形。根据本发明的用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，基于激光水平仪、定位木块、高度游标卡尺等常用工具为基础，无需专门定位工装的飞行器机身装配方法，能够保证装配精度，又能够大大缩短装配周期。

Description

用于飞行器的复合材料结构装配定位方法

技术领域

本发明涉及小型飞行器研制领域，尤其涉及一种用于飞行器的复合材料结构装配定位方法。

背景技术

复合材料具有优越力学性能、密度小等特点，而广泛应用于小型飞行器结构研制当中,然而复合材料零部件制造精度不易控制，尺寸偏差大，装配结合部位较多且曲面复杂，一般采用胶粘固定，装配精度很难保证。小型飞行器复合材料结构装配一般也需要设计和投产专门的定位工装来保证装配精度，而定位工装设计及投产需要很长的研制周期，增加了研制费用。尤其小型飞行器在未定型量产之前，装配工装研制费用占飞行器研制总费用很大部分。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，。

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，包括以下步骤：

a.建立飞行器装配定位基准；

b.确立装配零部件的位置关系；

c.固定装配零部件的位置；

d.精测飞行器整机外形。

根据本发明的一个方面，在所述a步骤中，首先在三维模型建立飞行器装配坐标系SAH如下：

坐标原点O_AH：飞行器机腹最低点在分离平面上的投影点；

O_AHX_AH轴：垂直于分离平面，巡航飞行器尾部指向头部为正方向；

O_AHY_AH轴：位于飞行器对称面内，垂直于O_AHX_AH轴，巡航飞行器腹部指向背部为正方向；

O_AHZ_AH轴：垂直于O_AHX_AH轴和O_AHY_AH轴，由右手定则确定；

然后，确立装配X_AHO_AHZ_AH水平基准平面；

确立装配X_AHO_AHY_AH基准平面；

确立装配Y_AHO_AHZ_AH基准平面。

根据本发明的一个方面，在所述b步骤中，根据零部件的某一具体特征相对于装配定位基准确定零部件的装配位置；

依据三维模型获得零部件相对于装配坐标系具体位置，通过激光水平仪测量飞行器下蒙皮位置，并调节至正确位置。

根据本发明的一个方面，在所述c步骤中，固定装配零部件的位置包括：固定零部件位置、零部件辅助支承和零部件间胶结固定。

根据本发明的一个方面，固定零部件位置是通过激光水平仪和高度游标卡尺确定好零部件相对于装配坐标系正确位置以后，通过不同尺寸高度的定位木块拼接组合作为定位和装夹点，实现飞行器零部件的定位和固定；

定位木块采用轻质巴沙木制作而成，装配定位时以此定位木块的平面为基准；

通过前后两块定位木块限制零部件的前后移动，通过左右两块定位木块限制零部件左右移动，通过水平台限制上下移动，然后通过速干胶固定定位木块于水平台上，实现飞行器零部件固定及定位。

根据本发明的一个方面，针对飞行器薄壁大尺度零部件，使用辅助支承在零部件易变形区域进行辅助支承定位。

根据本发明的一个方面，零部件间胶结固定是按照预先设计的装配顺序，依次确定单个零部件正确位置，然后通过速干胶预先固定，然后涂抹强力胶，加压加温固化。

根据本发明的一个方面，加压加温固化包括：

对于有足够刚度的零部件，装配零部件一个在上面一个在下面，而且上面的零部件能够放置重物，可以利用沙袋和铅块辅助加压，压力大小可以通过调节沙袋和铅块重量来实现；

对于薄壁零部件之间的粘结加压，需要施加压力较小，可以通过橡胶垫和文具夹子进行施加压力；

对于主梁之间粘结加压，需要施加较大的压力，可以采用橡皮垫和U型夹进行施加压力；

对于不适合施加重物和夹子进行施加压力的情况，可以采用强力磁铁进行加压，为了保证加压面光滑，强力磁铁下面垫橡胶垫；

对于飞行器高温固化，采用恒温箱进行固化或者采用高温探照灯进行固化。

根据本发明的一个方面，在所述d步骤中，精测选取飞行器机身的尾端框处建立的装配坐标系，对已经调整到位的零部件进行固定，检测零部件相对整体基准坐标系的位置和姿态，逐级调整次零部件装配位置，使之达到总体设计指标要求；

对于飞行器整机外形的精测，采用激光跟踪仪结合测量靶标测量整机装配外形，通过实测外形测点与理论三维模型作对比，从而获得飞行器外形修正值，然后对外形微调，使之满足型面精度要求。

根据本发明的上述装配定位方法，因为小型飞行器复合材料零件存在尺寸不精确，变形大，装配结合曲面复杂，胶结装配精度不高等难题。小型飞行器复合材料结构的装配一般需要设计和投产专门的定位工装来保证装配精度，定位工装设计及投产需要很长的研制周期，大大增加了小型飞行器研制费用。本发明提出了基于激光水平仪、定位木块、水平台、卷尺、橡皮锤、高度游标卡尺等装配常用工具，无需专门定位工装的飞行器复合材料结构装配方法，能够保证装配精度，又能够大大缩短装配周期。该机身装配定位方法以工厂常用工具为手段，容易实施，具有极大的推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性表示根据本发明的用于飞行器的复合材料结构装配定位方法的流程图；

图2示意性表示飞行器的装配示意图；

图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的飞行器装配坐标系主视图；

图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的飞行器装配坐标系俯视图；

图5示意性表示根据本发明的一种实施方式的激光水平仪测量图；

图6示意性表示根据本发明的一种实施方式的定位木块对飞行器下蒙皮的定位图；

图7示意性表示根据本发明的一种实施方式的飞行器左右机翼装配定位图；

图8示意性表示根据本发明的一种实施方式的定位木块对飞行器下蒙皮辅助支承图；

图9示意性表示根据本发明的一种实施方式的飞行器机身隔框与下蒙皮胶结图；

图10示意性表示根据本发明的一种实施方式的飞行器型面精测靶标图。

各说明书附图中标号所代表的含义如下：

1、飞行器；2、装配坐标系；3、水平台；4、复合材料下蒙皮；5、激光水平仪扫描平面；6、定位木块；7、辅助支撑木块；8、复合材料隔框中性面；9、复合材料隔框；10、飞行器翼梢；11、靶标。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

图1示意性表示根据本发明的用于飞行器的复合材料结构装配定位方法的流程图。如图1所示，根据本发明的用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，包括以下步骤：

a.建立飞行器装配定位基准；

b.确立装配零部件的位置关系；

c.固定装配零部件的位置；

d.精测飞行器整机外形。

在本发明中，为实现本发明的装配定位方法，具体装配实施过程需要一些辅助工具包括：激光水平仪、激光跟踪仪、定位木块、速干胶、水平台、铅笔、橡皮锤、卷尺及高度游标卡尺。本发明的装配定位方法属于一种积木组合式装配方法。飞行器装配图如图2所示。

图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的飞行器装配坐标系主视图；图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的飞行器装配坐标系俯视图。结合图3和图4，在本实施方式中，在上述a步骤中，首先在三维模型建立飞行器装配坐标系SAH如下：

坐标原点O_AH：飞行器机腹最低点在分离平面上的投影点；

O_AHX_AH轴：垂直于分离平面，巡航飞行器尾部指向头部为正方向；

O_AHY_AH轴：位于飞行器对称面内，垂直于O_AHX_AH轴，巡航飞行器腹部指向背部为正方向；

O_AHZ_AH轴：垂直于O_AHX_AH轴和O_AHY_AH轴，由右手定则确定；

然后，确立装配X_AHO_AHZ_AH水平基准平面。该装配定位方法可以通过调节水平台四角高度和使用激光水平仪测量，使水平台调整至水平状态。以水平台为组合装配的底座，获得飞行器复合材料结构装配的X_AHO_AHZ_AH水平基准。

确立装配X_AHO_AHY_AH基准平面。飞行器一般相对于X_AHO_AHY_AH面严格对称，为了方便装配工作实施，以水平台中线作为X_AHO_AH，可以通过激光水平仪找到X_AHO_AHY_AH基准面，并用铅笔在水平台中间划出刻线作为X_AHO_AH轴，然后通过飞行器零部件上一条处于X_AHO_AHY_AH面内的刻线来确定该基准平面。

确立装配Y_AHO_AHZ_AH基准平面。一般通过飞行器尾端框所处的平面装配的Y_AHO_AHZ_AH基准，通过激光水平仪使尾端框平面和水平仪测量平面重合，然后通过定位木条将尾端框固定，再使用速干胶将木条固定在水平台上。

在上述a步骤中，实际上，依据三维模型基准平面,调节水平台四个角高度至水平基准平面位置，并以此为装配的Z基准平面；以飞行器三维模型左右对称平面为Y基准面，通过激光水平仪建立该基准平面，并通过铅笔在零部件实物做标记；通常以飞行器尾端框所处平面为X基准平面，通过激光水平仪校准X基准平面，使用定位木块定位处于X基准平面的零部件。

根据本发明的一种实施方式，在上述b步骤中，通常情况下，确定一个零部件装配位置，需要知道零部件某一特征相对于装配基准。例如，依据三维实体模型可以获得飞行器下蒙皮相对于装配坐标系具体位置，可以通过激光水平仪测量飞行器下蒙皮位置，并调节至正确位置，如图5所示。

根据本发明的一种实施方式，在上述c步骤中，固定装配零部件的位置包括：固定零部件位置、零部件辅助支承和零部件间胶结固定。

其中，固定零部件位置是通过激光水平仪和高度游标卡尺确定好某一零件相对于装配坐标系正确位置以后，可以通过不同尺寸高度的定位木块拼接组合作为定位和装夹点，实现小型飞行器某零件的定位和固定。

在本实施方式中，定位木块采用轻质巴沙木制作而成，满足较高的垂直度和平面度要求，装配定位时以此定位木块的平面为基准。

本发明以机身下蒙皮为例，可以通过前后两块定位木块限制前后移动，通过左右两块定位木块限制左右移动，通过水平台限制上下移动，然后通过速干胶固定定位木块于水平台上，实现飞行器机身下蒙皮固定及定位，如图6所示。

此外，小型飞行器结构左右对称，装配定位时可以利用激光水平仪测量测量飞行器水平高度，并调节装配的左、右部件处于同一高度。例如装配某型飞行器左右机翼时，首先用激光水平仪扫描机翼翼梢所处的平面，然后调节左右机翼翼梢，然后修配两翼尖之间距离至设计尺寸。零部件装配时，需要定位和固定同样可以使用前面介绍的定位木块方法进行装夹。左右机翼装配定位图如图7所示。

实际上，固定零部件位置的过程是：首先依据三维实体模型测量出零件某特征相对于基准坐标系尺寸，通过一个激光水平仪扫描参考平面，然后通过另外一台激光水平仪激光束与零件特征重合，可以通过卷尺获得两个激光束所处的平面距离，即为零件特征相对于参考平面的位置，使用橡皮锤轻轻敲打零件至正确尺寸。零件水平高度的尺寸可以通过高度游标卡尺来实现。

零部件辅助支承是对于飞行器薄壁大尺度零件的，因为只定位和固定还不能满足装配需求，需要必要的辅助支承来提高复合材料零件刚度，方便后期复合材料加压固化。

本发明仍以小型飞行器复合材料下蒙皮为例，在下蒙皮易变形区域增加不同高度的定位木块，实现对下蒙皮辅助支承。如图8所示。

零部件间胶结固定是按照预先设计的装配顺序，依次确定单个零部件正确位置，然后通过速干胶预先固定，然后涂抹强力胶，加压加温固化。如图9所示，首先通过激光水平仪找到飞行器隔框中性面所处的水平面，然后调节隔框上中性面刻线与激光水平仪扫描的面重合；通过另外一台水平仪扫描一个与水平台平行的平面，校准隔框左右高度，使用橡皮锤敲至正确位置；然后通过速干胶进行预定位，再涂抹强力胶进行加压加热固化。

在本实施方式中，复合材料零部件完成修配和精确定位之后，零部之间通常采用强力胶粘结，为了获得足够的使用强度，通常需要施加一定的压力和将温度升至规定固化温度。具体包括：

对于有足够刚度的零部件，装配零部件一个在上面一个在下面，而且上面的零件能够放置重物，可以利用沙袋和铅块辅助加压，压力大小可以通过调节沙袋和铅块重量来实习。

对于薄壁零件之间的粘结加压，需要施加压力较小，可以通过“橡胶垫+文具夹子”进行施加压力。

对于主梁之间粘结加压，需要施加较大的压力，可以采用“橡皮垫+U型夹”进行施加压力。

对于不适合施加重物和夹子进行施加压力的情况，可以采用强力磁铁进行加压，为了保证加压面光滑，强力磁铁下面垫橡胶垫。

对于小型飞行器高温固化的方法，如果条件允许可以采用恒温箱进行固化。

在没有恒温箱的条件下，可以采用高温探照灯进行固化，采用该方法不受飞行器尺寸大小限制，不利之处探照灯加热的温度区域不均匀而且需要时刻监控加热温度。对于碳纤维/玻璃纤维复合材料制作小型飞行器采用高温探照灯加热能够使连接部位满足胶结强度要求。

另外，小型飞行器的复合材料零件通常采用一体化成型，零件形状较为复杂且易变形，零件检测及装配精度保证难度大，而总装精度准确与否对飞行器的气动特性和控制都有很大影响。

激光跟踪仪作为数字化空间三坐标系测量仪器，具备测量精度高、效率高、测量范围广和使用便捷等优点近年来在飞行器总装过程中得到了广泛的应用。总装精测是该飞行器装配过程中不可缺少的关键环节，是该飞行器装配精度的重要保证。

图10示意性表示根据本发明的一种实施方式的飞行器型面精测靶标图。结合图10，在本实施方式中，在上述d步骤中，精测选取机身的尾端框处建立的装配坐标系，此处刚度最强，对已经调整到位的部组件进行固定，检测部组件相对整体基准坐标系的位置和姿态，逐级调整次部组件装配位置，使之达到总体设计指标要求。

对于小型飞行器整机外形的精测，采用激光跟踪仪结合测量靶标测量整机装配外形，通过实测外形测点与理论三维模型作对比，从而获得飞行器外形修正值，然后对外形微调，使之满足型面精度要求。

根据本发明的上述装配定位方法，因为小型飞行器复合材料零件存在尺寸不精确，变形大，装配结合曲面复杂，胶结装配精度不高等难题。小型飞行器复合材料结构的装配一般需要设计和投产专门的定位工装来保证装配精度，定位工装设计及投产需要很长的研制周期，大大增加了小型飞行器研制费用。本发明提出了基于激光水平仪、定位木块、水平台、卷尺、橡皮锤、高度游标卡尺等装配常用工具，无需专门定位工装的飞行器复合材料结构装配方法，能够保证装配精度，又能够大大缩短装配周期。该机身装配定位方法以工厂常用工具为手段，容易实施，具有极大的推广价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，包括以下步骤：

a.建立飞行器装配定位基准；

b.确立装配零部件的位置关系；

c.固定装配零部件的位置；

d.精测飞行器整机外形；

在所述c步骤中，固定装配零部件的位置包括：固定零部件位置、零部件辅助支承和零部件间胶结固定；

固定零部件位置是通过激光水平仪和高度游标卡尺确定好零部件相对于装配坐标系正确位置以后，通过不同尺寸高度的定位木块拼接组合作为定位和装夹点，实现飞行器零部件的定位和固定；

定位木块采用轻质巴沙木制作而成，装配定位时以此定位木块的平面为基准；

通过前后两块定位木块限制零部件的前后移动，通过左右两块定位木块限制零部件左右移动，通过水平台限制上下移动，然后通过速干胶固定定位木块于水平台上，实现飞行器零部件固定及定位。

2.根据权利要求1所述的用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，其特征在于，在所述a步骤中，首先在三维模型建立飞行器装配坐标系SAH如下：

坐标原点O_AH：飞行器机腹最低点在分离平面上的投影点；

O_AHX_AH轴：垂直于分离平面，巡航飞行器尾部指向头部为正方向；

O_AHY_AH轴：位于飞行器对称面内，垂直于O_AHX_AH轴，巡航飞行器腹部指向背部为正方向；

O_AHZ_AH轴：垂直于O_AHX_AH轴和O_AHY_AH轴，由右手定则确定；

然后，确立装配X_AHO_AHZ_AH水平基准平面；

确立装配X_AHO_AHY_AH基准平面；

确立装配Y_AHO_AHZ_AH基准平面。

3.根据权利要求1所述的用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，其特征在于，在所述b步骤中，根据零部件的某一具体特征相对于装配定位基准确定零部件的装配位置；

依据三维模型获得零部件相对于装配坐标系具体位置，通过激光水平仪测量飞行器下蒙皮位置，并调节至正确位置。

4.根据权利要求1所述的用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，其特征在于，针对飞行器薄壁大尺度零部件，使用辅助支承在零部件易变形区域进行辅助支承定位。

5.根据权利要求1所述的用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，其特征在于，零部件间胶结固定是按照预先设计的装配顺序，依次确定单个零部件正确位置，然后通过速干胶预先固定，然后涂抹强力胶，加压加温固化。

6.根据权利要求4所述的用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，其特征在于，加压加温固化包括：

对于有足够刚度的零部件，装配零部件一个在上面一个在下面，而且上面的零部件能够放置重物，可以利用沙袋和铅块辅助加压，压力大小可以通过调节沙袋和铅块重量来实现；

对于薄壁零部件之间的粘结加压，需要施加压力较小，可以通过橡胶垫和文具夹子进行施加压力；

对于主梁之间粘结加压，需要施加较大的压力，可以采用橡皮垫和U型夹进行施加压力；

对于不适合施加重物和夹子进行施加压力的情况，可以采用强力磁铁进行加压，为了保证加压面光滑，强力磁铁下面垫橡胶垫；

对于飞行器高温固化，采用恒温箱进行固化或者采用高温探照灯进行固化。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于飞行器的复合材料结构装配定位方法，其特征在于，在所述d步骤中，精测选取飞行器机身的尾端框处建立的装配坐标系，对已经调整到位的零部件进行固定，检测零部件相对整体基准坐标系的位置和姿态，逐级调整次零部件装配位置，使之达到总体设计指标要求；

对于飞行器整机外形的精测，采用激光跟踪仪结合测量靶标测量整机装配外形，通过实测外形测点与理论三维模型作对比，从而获得飞行器外形修正值，然后对外形微调，使之满足型面精度要求。

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