外翼活動面結構偏離的容差分析及優化

王素曉，鄭　娜，馬世偉

（上海飛機設計研究院，上海201210）

外翼活動面結構偏離的容差分析及優化

王素曉，鄭娜，馬世偉

（上海飛機設計研究院，上海201210）

針對生產現場出現頻繁、處理需求迫切、處置技術難度大的外翼活動面結構偏離問題，以外翼典型活動面—前緣縫翼為例，利用容差分析進行裝配偏差仿真建模與評估，并根據評估結果進行迭代優化。結果表明，優化分析解決了結構偏離問題，具有一定的工程應用價值。

活動面；結構偏離；容差分析；優化

目前，民用飛機預投產過程中，出現大量機翼活動面與相鄰結構的超差問題，需要快速、準確地處置生產現場結構偏離。用常規手段難以分析出結構偏離產生的真正原因并給出整改方案，先進的三維容差仿真分析（VSA）技術通過仿真產品的制造裝配過程來預測產品的尺寸質量和偏差源貢獻因子，以采取合理的方法去保證產品質量。國外飛機制造業對容差分析的研究起步較早，也形成了較成熟的工程分析方法。國內在這方面的研究比較少，且對于國外飛機制造的容差分析方面的理論和工程研究資料難以獲取。

本文以縫翼為例，結合數字化的容差分析軟件VSA模擬產品裝配，分析偏差模型，研究不同裝配工藝（包括零組件的基準與定位方案、制造偏差水平、裝配次序等）對裝配偏差的影響機理，通過不斷進行仿真迭代計算，在保證裝配準確度要求前提下，給出優化建議。

1　容差分析與優化流程

容差分析及優化是以產品裝配模型為基礎，根據裝配零部件的定位基準、裝配路線、獲取的GD&T（幾何尺寸與公差）信息，創建容差分析產品及工裝模型，建立誤差傳遞的尺寸關系鏈，針對控制目標利用計算機仿真模擬裝配，并經過反復迭代優化計算過程，達到仿真結果與尺寸控制方案的優化。

2　 VSA容差分析

2.1模型特征創建

縫翼以梁平面和骨架為定位基準，裝配流程：定位機加肋、梁—定位尾緣條—隔板的定位與鉚接—蒙皮的定位與制孔—鉚接蒙皮。應用容差分析軟件VSA，按照縫翼實際基準定位方式建立裝配結構樹，按照工程要求的公差輸入，在縫翼與外翼控制要求處創建測量點，設置相應的控制目標范圍：縫翼后緣與機翼固定翼吻合性階差±0.5 mm（上部）、±1 mm（下部），相鄰縫翼端面之間階差1.5mm.

2.2分析計算

在VSA軟件中，運用蒙特卡洛原理［1］對縫翼裝配過程進行仿真，設置仿真次數2000，根據控制目標的要求設置控制范圍，并選取（工序能力系數Cp＞1.0）的范圍［2］作為仿真統計分析，縫翼裝配的容差分析結果如圖1所示。

圖1　縫翼裝配的容差分析結果

從容差分析結果可以看出，縫翼后緣（上部）與機翼固定翼吻合性階差的Cp值為0.6234，工藝能力不足；縫翼后緣（下部）與機翼固定翼吻合性階差的Cp值在1.0256，工藝能力一般；相鄰縫翼端面之間階差的Cp值在1.1953，工藝能力一般。查看各個控制目標的影響因素圖，如圖2所示。

圖2　容差分析影響因素圖

從縫翼后緣與機翼固定翼的容差分析影響因子報告中可以看出，外翼固定前緣和縫翼的外形偏差對結果影響較大。從相鄰縫翼端面之間階差的容差分析影響因子報告中可以看出，相鄰縫翼的外形偏差對結果影響較大，其次是外翼固定前緣的外形偏差對結果的影響。

3　容差優化

容差分析得到的結果需要不斷進行設計與生產迭代優化，在滿足實際生產加工能力的情況下對容差分析的輸入條件調整，使最終滿足設計與制造要求。

對于縫翼仿真結果的優化，可以通過以下幾種途徑：蒙皮外形偏差、裝配階差、裝配交點、定位基準選擇、裝配順序優化等。經過仿真實驗驗證，蒙皮外形偏差和裝配階差優化對結果影響比較明顯。

3.1蒙皮外形偏差優化

根據容差分析，外翼固定前緣和縫翼的外形偏差對結果影響較大。但是考慮到外翼結構復雜、尺寸協調困難且不易控制固定前緣外形偏差，因此從提高縫翼的外形公差要求（對控制目標影響權重較大的影響因子）來達到較好的工藝性能。

將縫翼的蒙皮外形AKC點相對于基準的輪廓度由0.8 mm調至0.7 mm，仿真優化結果如圖3所示。

圖3　蒙皮外形偏差優化后的仿真結果

從容差優化結果可以看出，縫翼后緣（下部）與機翼固定翼吻合性階差和相鄰縫翼端面之間階差計算結果Cp值都在1.33以上，滿足控制目標要求。

3.2裝配階差優化

在蒙皮外形偏差優化的基礎上，將縫翼后緣（上部）與機翼固定翼吻合性階差調為±0.65mm，仿真優化結果如圖4所示。

圖4　裝配階差優化后的仿真結果

從容差優化結果可以看出，縫翼后緣（上部）與機翼固定翼吻合性階差計算結果Cp值在1.33以上，滿足工藝性能。

4　結束語

本文闡述了容差分析與優化流程，以縫翼為例，利用商用容差分析軟件，研究了典型活動面結構偏離的容差分析，并完成了相應的優化工作。結果表明，優化分析滿足了控制目標要求和工藝性能，為實際工程提供參考依據。

［1］李明慧，盧鵠.尺寸公差的工藝能力指數評價方法［J］.南京航空航天大學學報，2012，44（S）:42-47.

［2］盧鵠，肖清明，李汝鵬，等.C919大型客機的協同數字化工藝設計［J］.航空制造技術，2011，（13）:26-30.

Tolerance Analysis and Optim ization for Structure Deviation of Movable Surface of the Wing

WANG Su-xiao，ZHENG Na，MA Shi-wei
（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China）

This paper aims at the problem of structure deviation formovable surface of the wing，which appears frequently，calls for a solution urgently，and disposes with much difficulty.Taking slat，which is typicalmovable surface of the wing as example，the article builds simulation models and evaluates assembling deviation，using tolerance analysis，and iteratively optimizes according to the evaluation results.The results show that analysis and optimization solve the problem of the structure deviation，and it has certain engineering application value.

movable surface；structure deviation；tolerance analysis；optimization

V26

A

1672-545X（2016）06-0165-03

2016-03-25

王素曉（1983-），女，河南鄭州人，碩士研究生，工程師，研究方向：容差分析、裝配仿真、結構偏離的生產問題處置。