一種飛機整機涂裝增重估算方法

楊帥

摘 ?要：飛機整機涂裝作為影響全機重量特性的重要生產環節，在無法實現稱重的情況下，對其增重進行準確的估算成為重量分析必須解決的問題。利用飛機數模計算飛機外表面涂裝面積，估算漆料重量，進而確定飛機整機涂裝增重的估算方法能夠較準確估算飛機增重，解決實際生產重量數據缺失問題，可作為飛機重量設計制造狀態監控的有效補充，對提高全機質量特性計算的準確性有一定實際意義。同時，該方法將實際工序轉化為理論計算節約了施工成本，對提升企業競爭力有促進作用。

關鍵詞：整機涂裝;增重;曲面面積

中圖分類號：V262 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）24-0136-02

Abstract： Aircraft coating is an important production link that affects the weight characteristics of the whole machine. In the case of weighing can not be achieved， it is necessary to estimate the weight gain accurately. The estimation method of using the aircraft digital model to calculate the outer curved surface area of the aircraft， and then estimating the weight of the paint， and finally determining the aircraft weight gain can accurately estimate the aircraft weight gain and solve the problem of missing actual production weight data. It can be used as an effective supplement for aircraft weight design and manufacturing status monitoring， and has a certain practical significance for improving the accuracy of the whole aircraft quality characteristic calculation. At the same time， this method transforms the actual working procedure into the theoretical calculation， which saves the production cost and promotes the competitiveness of enterprises.

Keywords： aircraft coating; weight gain; curved surface area

飛機的品質保證離不開飛機的重量控制，對飛機設計與制造過程的重量變化進行有效監控是保證各項設計指標正確性的重要監控手段。為利于控制分析重量變化及提高全機質量特性計算準確性，應在飛機設計之初對整機重量設計分配，同時對制造過程中每一生產環節重量變化進行嚴格把控和記錄。但一直以來由于實際生產中采用的地磅稱重法條件嚴苛、耗時長，特別是大型飛機，在繁忙的制造工序無法對每一生產環節稱重，造成重量數據的缺失，久而久之，飛機增重得不到有效控制，影響飛機質量安全。

飛機外表面整機涂裝是影響飛機全機質量特性的重要環節，由于缺少施工前后的整機稱重，其增重數據一直沒有可信服的來源，對其增重進行準確的估算成為重量分析必須解決的問題。本文提出一種通過計算飛機外表面涂裝面積，根據單位面積涂料重量，進而確定飛機整機涂裝增重的估算方法。

1 涂裝面積計算

1.1 曲面面積求解方法

飛機外形巨大，結構形狀復雜，為了獲得準確外表面積，選擇合適的計算方法對提計算高效率和準確度有重要影響。除了特別構型、特殊部位采用平面構形外，一般飛機外表面都屬于曲面成型，對于曲面面積的求解方式比較多，主要有：

（1）采用傳統數學方式[1]，把曲面分成若干模塊利用函數積分求和計算。這種算法精確度高，但計算過程復雜，對于構形復雜、面積較大的曲面運算效率比較低。

（2）基于現代技術的新數學方式。比如利用斷層邊界信息計算曲面面積[2]，等值面提取估算表面積方式[3]等。這些算法依托計算機技術，采用相鄰兩個截面的側面積擬合，可以對規則旋轉對稱性曲面進行精確估算，但是過程繁瑣、運算復雜，對于不規則變化的曲面計算效率比較低。

（3）編程軟件編寫算法。這些程序本質是將表面劃分為一定數量小區域，選取小區域表面的邊界坐標值，計算該坐標值組成的平面面積，近似等于該小區域內曲面面積。該方法是平面面積的嚴格計算，適用于平面面積，運算效率比較高，實用性比較強。但是針對曲率變化較大曲面計算精度比較低。

（4）三維建模軟件測量。依托建模軟件自帶的測量計算功能，直接選取模型計算出表面積。常用的建模軟件有CATIA、UG、Solidworks、Rhino等，這些軟件在滿足外形、結構設計的同時具有強大的測量分析等功能，這種方式運算速度快，精度高，但必須建立1：1的曲面模型。

現代飛機設計均采用數字化建模設計，利用設計軟件的直接測量功能計算飛機外表面積是首選的方法。

1.2 飛機曲面處理

采用三維建模軟件測量外表面積前，要對比分析數模外表面與飛機實際噴涂的外表面的不同，根據飛機實際噴涂對三維數模進行處理，在處理時要注意以下幾個方面：

（1）飛機表面一般都是左右對稱，在處理模型時可只考慮一半，同時為便于處理和測量，根據飛機主要結構可將模型分段處理，一般飛機可分為：機身部分、機翼部分、尾翼部分和發動機短艙部分。

（2）實際飛機涂裝表面并不是光滑、完整的曲面，飛機外露部分安裝有大量天線罩、天線底座、通風罩、百葉窗、燈罩等零件，這些零件覆蓋部分不屬于整機涂裝部分，模型上的此部分要除去。

（3）區分參與整機噴涂的零件。一般的天線罩采用噴涂防靜電漆的特殊涂料體系，不參與整機噴漆，可不考慮;風擋玻璃不需要噴漆，此部分模型要進行刪除處理;參與整機噴漆的天線罩、天線底座，則需要測量其外表面積。

（4）數模重復、多余部分處理。由于建模需要，造成數模部件之間存在重疊、遮擋等情況，為避免重復計算，檢查數模，將重疊、遮擋除去。比如：機身與發動機短艙、尾翼相交部分，機翼與發動機短艙、起落架艙相交被覆蓋部分，機翼與吊掛貼合部分等。經過處理，飛機各部件應結合成形成內部空腔外部對縫連接的模型。

（5）特殊不參與整漆噴涂部分處理。飛機某些部位可能采用特殊材料成型不能覆蓋油漆，要將對應的模型部分刪除處理。

1.3 涂裝面積測量

飛機數模處理完成后，通過建模軟件測量功能分別測量飛機外部涂裝面積和參與整機涂裝的零部件表面積，最后求和得出整機涂裝面積。

2 油漆重量計算

在一定的噴涂表面上，涂裝增重取決于油漆種類、涂裝層數和涂敷工藝，對飛機整機涂裝而言專門的整機涂裝的工藝文件保證了施工要求及工藝相對固定。

2.1 油漆種類

不同種類的油漆基料、固化劑、稀釋劑的配置比例各不相同，配制而成的油漆密度不一致，造成干燥固化過程中揮發量和殘留量有較大差異，整機涂裝增重會有明顯差異。整機涂裝增重計算，必須明確所用涂料揮發率，這一數據可采用油漆廠提供的相應油漆的經驗值，也可建立相關的數學模型[4]進行仿真研究。

2.2 涂裝層數

飛機涂裝層數與環境介質關系極大。航空領域大多采用“底漆+面漆”的涂裝體系，一般在零部件狀態涂裝底漆，整機涂裝階段只涂裝面漆，特殊情況下在整機涂裝階段可先涂裝一遍底漆，固化后再涂裝面漆。飛機的整機涂裝工藝規程規定了決定涂裝面漆層數，面漆兩層或多層的漆膜重量可看成單層漆膜重量的倍數。

2.3 涂敷工藝

油漆涂料有多種涂敷方式，涂敷方式不同，造成漆膜厚度及揮發率不同，影響漆膜重量。對于整機涂裝可采用噴涂和刷涂兩種方式，但由于噴涂具有施涂效率高、操作漆霧少和噴涂質量高的特點，能夠在蒙皮表面形成均勻的涂層，所以一般無特殊要求，整機噴涂均采用噴涂工藝。一般油漆說明書會提供噴涂單位面積的理論用量，估算時可參考使用。

整機涂裝后飛機增重計算公式：

G=n1（S×g1）（1-ρ1）+n2（S×g2）（1-ρ2）

G——整機涂裝飛機增重，kg;

n1——整機涂裝階段底漆噴涂層數;

n2——面漆噴涂層數;

S——整機涂裝面積，m2;

g1——單位面積底漆理論用量，kg/m2;

g2——單位面積面漆理論用量，kg/m2;

ρ1——底漆揮發率（包括噴槍噴涂過程的揮發率及漆層干燥固化過程的揮發率）;

ρ2——面漆揮發率（包括噴槍噴涂過程的揮發率及漆層干燥固化過程的揮發率）。

另外可通過實驗獲得單位面積單層底漆和面漆干燥固化后的增量，整機涂裝后飛機增重計算公式還可以表示為：

G=n1（S×g3）+n2（S×g4）

g3——單位面積底漆干燥固化后增量，kg/m2;

g4——單位面積面漆干燥固化后增量，kg/m2。

3 結束語

需要注意的是，估算時除了要保證經過處理的數模與飛機實際噴涂的外形的一致外，還應綜合考慮到實際施工過程中噴涂厚度有一定的誤差及狹窄小區域處噴涂不均勻等情況，確定一定的公差范圍。

利用飛機外表面涂裝面積及涂敷要求，可以較準確地估算飛機整機涂裝增重，在整機涂裝增重無法實現直接測量的情況下，是對飛機重量制造狀態監控的有效補充，同時結合建模軟件的使用將實際工序轉化為理論計算有助于節約工作成本，對提升工作效率，促進企業經濟效益增長有積極作用。

參考文獻：

[1]林大鈞.曲面面積求解方法[J].華東大學學報（自然科學版），2012，38（5）：588-591，596.

[2]曹俊，陳普春，徐瑩，等.基于斷層掃描思想的曲面面積計算方法研究[J].現代電子技術，2012，35（6）：131-133.

[3]楊弢，滕奇志.基于Marching cubes的三維目標表面積估算方法[J].計算機與數字工程，2011，39（02）：137-140.

[4]潘潔晨，何國青.涂料干燥過程中揮發量與殘余量的研究[J].新型建筑材料，2015（06）：56-59.