航空發(fā)動機零部件數字化檢測技術的應用探究

李 旭

（中國航發(fā)成都發(fā)動機有限公司，四川成都 610500）

0 引言

在科學技術水平不斷提高的支持下，用于檢測航空發(fā)動機零部件的數字化檢測技術發(fā)展愈發(fā)成熟，不僅可以充分滿足高質量安裝發(fā)動機零部件需求，也有利于促進整體裝配技術水平進一步提高，增強航空發(fā)動機運行安全性、穩(wěn)定性。如何切實發(fā)揮數字化檢測技術應用價值，是目前各相關人員需要考慮的問題。

1 數字化檢測技術在航空發(fā)動機零部件檢測中的作用

面對精密度、復雜度不斷提升的航空發(fā)動機零部件，保證各零部件裝配質量非常關鍵，在此過程中數字化檢測技術的有效應用，對發(fā)動機零部件整體裝配質量的提升有著關鍵作用。通過對航空發(fā)動機裝配作業(yè)情況的調研與分析，發(fā)現(xiàn)各零部件裝配需要耗費大量時間，整個裝配作業(yè)周期極長，而裝配作業(yè)質量對航空發(fā)動機整體裝配效果也有著直接影響，再加上該項作業(yè)流程復雜程度較高，傳統(tǒng)裝配技術已經無法滿足高精度航空發(fā)動機零部件安裝要求，創(chuàng)新與突破關鍵技術瓶頸成為當下最為緊要的任務。

數字化檢測技術集成了多項先進技術，具有較強的實用性，發(fā)揮數字化檢測技術優(yōu)勢，借助其功能作用協(xié)助航空發(fā)動機零部件裝配作業(yè)開展，最大限度上提高各零部件裝配質量與精確度，為航空發(fā)動機安全、穩(wěn)定運行提供強力技術支持，同時對促進我國航空發(fā)動機向深層次發(fā)展也起到積極推動作用。

2 航空發(fā)動機零部件數字化檢測技術具體應用

2.1 技術應用案例

以航空發(fā)動機裝配中一新型噴管部件應用數字化檢測技術為例，相較于發(fā)動機中其他零部件，新型噴管部件結構設計復雜程度較高，由雙環(huán)結構、噴管擴散段以及收斂偏轉段等其他模塊共同構成，各模塊的組成，其功能作用主要實現(xiàn)同步控制對位姿動。從發(fā)動機相關操作流程來看，各個零部件功能作用均能達到相應結構設計要求，保證整體裝配作業(yè)協(xié)同性、科學性，是此過程中需要給予高度重視的問題。新型噴管部件結構中的擴散段和偏轉段，需要將其各個角度的實際轉角參數精準標定，并以發(fā)動機作為基礎軸線，與噴管軸線之間形成0°～20°的任意角度，并要保證與模型控制系統(tǒng)顯示的給定值范圍保持一致，防止給定公差超過規(guī)定要求界限。

2.2 技術檢測思路確定

根據航空發(fā)動機裝配作業(yè)要求，在此基礎上提出與制定數字化檢測技術應用實施方案，并明確檢測過程中所涉及到數字化檢測工藝與操作流程，以PDM（Product Data Management，產品數據管理）為載體，建立數字化工藝結構模式，直觀呈現(xiàn)噴管虛擬裝配與協(xié)同生產全過程。由于新型噴管整體結構復雜程度較高，足夠的運動空間是新型噴管部件運行的關鍵要素，返工浪費的情況在航空發(fā)動機零部件裝配與檢測過程中較為常見，因此在實際檢測過程中，需要確定導致返工浪費問題情況出現(xiàn)的干涉因素，在檢測方案制定過程中，以系統(tǒng)平臺為基礎，利用虛擬裝配技術對新型噴管部件檢測流程與具體檢測實施路徑進行模擬，以模擬仿真方式發(fā)現(xiàn)干涉新型噴管部件裝配與檢測的因素，明確檢測效果最佳的數字化檢測技術應用實施方案[1]。在實際檢測過程中，以噴管軸線為基礎，通過選用激光跟蹤模式實現(xiàn)對靶點坐標更加自由地轉動，將靶點相應運行軌跡充分掌握和明確，并在此基礎上建立軌跡方程，借助計算機設備完成相應計算。對比噴管360°全方位實際空間轉角值和控制系統(tǒng)所顯示的給定值二者間的偏差，將其控制在公差規(guī)定范圍內、實際偏差不超過1°，從根本上保證新型噴管空間轉角標定工作順利開展。

數字化檢測技術應用前提需要以數字化裝配技術為支撐，數字化裝備技術具備發(fā)動機零部件裝配質量在線檢測功能，能夠幫助裝配人員及時發(fā)現(xiàn)干涉零部件裝配質量的因素，提升航空發(fā)動機整體裝配效率與質量，降低高精密度設備損壞率。作為數字化檢測技術應用中最為關鍵的一環(huán)，VA（Virtual Assembly，虛擬裝配）技術是支持虛擬制造操作實現(xiàn)的基礎，此項技術的可視化特性能夠幫助裝配人員對發(fā)現(xiàn)問題進行有效調整與改進。由于傳統(tǒng)裝配技術無法滿足高精鑄度發(fā)動機零部件裝配要求，利用虛擬裝配技術對各零部件裝配流程進行仿真模擬，并結合檢測結果快速發(fā)現(xiàn)潛在問題，以此來提升航空發(fā)動機零部件裝配工藝規(guī)劃科學性，最大限度降低裝配作業(yè)中操作失誤概率。

2.3 檢測過程中難點及解決方案制定

2.3.1 檢測難點

加力筒體的安裝邊緣屬于新型噴管原有部件結構外的機加件，剩余其他零部件均是具有高精鑄度的部件，以及鈑金焊接件，但這一類零部件有著明顯的制造公差問題，直接影響著整個發(fā)動機運行安全性與穩(wěn)定性。例如，處于運行狀態(tài)下的噴管，由多種運動部件共同支撐著，避免各運動部件產生相互干涉影響是保證噴管正常穩(wěn)定運行的必要條件。增強數字化檢測技術應用科學性、實效性，有利于進一步提高噴管裝配質量，強化裝配操作規(guī)范性，為后期噴管運行提供基礎保障。此方面問題成為優(yōu)化數字化檢測技術應用方案的難點。

另外，數字化標定360°全方位范圍內任意方向空間轉角值也是檢測過程中需要解決的難點問題。新型噴管部件結構中擴散段在進行偏轉操作時，必須要保證控制系統(tǒng)給定值與360°全方位范圍內任意方向空間轉角值二者始終保持一致。由于噴管結構特殊性，促使整個標定測距工作開展存在諸多障礙，再加上難以保證基準，導致整個裝配檢測流程受到較大影響，雖然可以通過一定輔助工具完成此項工作，但需要在噴管空間內部進行操作，極易因軸心丟失情況而造成更大的標定誤差，進一步加大360°全方位范圍內的噴管空間轉動角數字化標定難度。

2.3.2 解決方案制定

基于現(xiàn)有的協(xié)同平臺系統(tǒng)，主要支撐新型噴管虛擬裝配檢測工作順利進行，借助協(xié)同平臺自身功能作用，在此基礎上建立服務于制造生產的工藝管理系統(tǒng)，并為該系統(tǒng)運行提供用于協(xié)調操作的軟件工具，以計算機網絡為依托，與裝配仿真軟件相結合，在TC 平臺的管理系統(tǒng)中通過創(chuàng)建仿真工具、搭建三維噴管CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）模型以及明確制造生產中所涉及到物料清單[2]。針對新型噴管裝配作業(yè)，將與噴管結構部件相關的數據信息、裝配資源以及操作流程緊密連接尤為關鍵，對整合資源信息、簡化裝配流程以及構建完善且系統(tǒng)的數字化檢測工藝規(guī)劃體系有著重要作用，該工藝是實現(xiàn)平臺全面共享的核心要素。其中可視化是規(guī)劃體系中檢測工藝所具備的最大特點，可以直觀地展現(xiàn)新型噴管裝配檢測過程，同時將該過程進行仿真模擬并轉換成相應格式在TC 平臺內部進程存儲，在此基礎上進一步明確新型噴管結構部件裝配順序，并借助相關輔助軟件對其余各零部件合理分配，最終完成對新型噴管整體裝配的仿真設計，達到優(yōu)化數字化檢測工藝方案目的。

針對數字化標定360°全方位范圍內的噴管空間動態(tài)轉角環(huán)節(jié)，由于新型噴管轉動需要在一定空間下進行，且處于動態(tài)條件下可任意角度轉動，為了確保數字化標定精準度，可以通過利用激光跟蹤測量方式輔助完成數字化標定任務，對其點的測量與坐標系創(chuàng)建是激光跟蹤測量任務的重點，有利于直接選定相應的靶標測量點。其中在噴管角度偏轉運動中，可利用三維激光跟蹤設備對相應靶點坐標的空間運動軌跡進行跟蹤，當靶標運動軌跡顯示為球面體運行狀態(tài)時，檢測人員需要對其偏轉軌跡加以證明，保證與球面函數方程計算結果相一致；通過精準計算，獲得與理論模型相近的最佳參數值，高效、高質完成對噴管空間動態(tài)轉角的數字化標定操作。

另外，在實際數字化標定噴管空間動態(tài)轉角作業(yè)開展過程中，可結合數字化測量系統(tǒng)輔助操作，計算機輔助系統(tǒng)、照相測量系統(tǒng)及三維激光定位跟蹤設備等均是數字化測量系統(tǒng)的功能模塊，在測量方面，能夠充分保證測量結果較高的精確度，最大程度上滿足高準確度、高效化跟蹤測量航空發(fā)動機各零部件的要求，實現(xiàn)掉航空發(fā)動機零部件精準性裝配。基于計算機系統(tǒng)，數據處理中心可在相關配套軟件支持下對主要裝配對象的特征進行識別，避免裝配對象與裝配順序不符情況出現(xiàn)。在設計裝配方案與公差計算環(huán)節(jié)，妥善處理檢測過程中各種反饋數據有利于為深化裝配設計方案提供參考依據[3]。對新型噴管的空間動態(tài)轉角進行標定，可以通過數字化測量系統(tǒng)對噴管具體運行數據進行收集與整合，再由數據處理中心將收集到的數據進行接收和處理，待數據分析處理完成后再準確發(fā)出各種控制指令，配合數字化跟蹤設備，對被檢測的部件實際部位加以確定及調整，切實發(fā)揮數字化檢測技術控制零部件檢測誤差功能的作用，實現(xiàn)對噴管空間動態(tài)轉角精準的標定。

2.4 數字化檢測系統(tǒng)建立

裝配質量檢測是航空發(fā)動機零部件裝配數字化檢測技術應用最后一環(huán)，同時是驗證數字化檢測技術應用效果的關鍵環(huán)節(jié)。為了進一步提高數字化檢測技術實際應用水平，基于各項先進技術集成，建立數字化檢測系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)自身功能實現(xiàn)對零部件裝配質量檢測規(guī)劃、檢測行為的統(tǒng)一管理，明確標注各個零部件的特征、數量以及規(guī)格，并制定統(tǒng)一的檢測操作標準，要求所有參與檢測工作的人員均要嚴格執(zhí)行相關標準，避免因檢測人員在實際工作中習慣性依靠自身實踐經驗而導致檢測結果不一致問題出現(xiàn)，最大限度保證檢測結果的準確性，保障航空發(fā)動機零部件裝配質量。

在實際檢測過程中，開展檢測作業(yè)之前檢測技術人員必須完全熟悉前期所規(guī)劃的配裝檢測流程與相關檢測方案實施路徑，并與其他專業(yè)技術人員就檢測方式選擇進行溝通，確保每一步檢測操作均符合相關規(guī)定要求，盡可能降低裝配部件損壞率。同時，將收集的檢驗數據轉化成相應格式并導入數字化檢測系統(tǒng)中，傳統(tǒng)裝配技術應用時需要人工抄錄檢測數據，極易導致數據填寫錯誤問題，在數字化檢測系統(tǒng)中錄入檢測數據，可以有效規(guī)避上述問題，彌補傳統(tǒng)裝配技術的不足。

另外，數字化檢測系統(tǒng)也可以根據裝配工藝提供質量檢驗評價功能服務，系統(tǒng)將自動分析被導入的各項檢測數據，待檢測數據分析完成后，系統(tǒng)將為相關人員提供評價報告，報告中會顯示公差超過規(guī)定范圍信息，提醒相關人員對其問題及時進行調整，避免造成更大的損失影響，導致航空發(fā)動機運行穩(wěn)定性降低。其中漏檢情況也是原有航空發(fā)動機零部件檢測工作開展當中出現(xiàn)頻率較高的問題。為切實解決此方面問題，可以通過數字化檢測系統(tǒng)自動校核導入的各項檢測數據信息，確認是否存在航空發(fā)動機零部件漏檢情況，消除潛在風險隱患，從根本上保證航空發(fā)動機零部件裝配作業(yè)質量[4]。

裝配作為航空發(fā)動機制造過程中最后一道環(huán)節(jié)，對發(fā)動機運行可靠性、安全性有著重要影響，數字化檢測系統(tǒng)的建立和應用，可以根據裝配工藝要求完成多樣化數字化檢測應用場景搭建，并為檢測數據實現(xiàn)高效便捷傳輸提供操作平臺，提高一線操作人員工作效率與質量。這也說明，數字化是現(xiàn)階段航空發(fā)動機事業(yè)主流發(fā)展趨勢，有利于更好地推進業(yè)務與數字化深度融合發(fā)展，實現(xiàn)航空發(fā)動機制造生產全過程數字化，促進我國航空發(fā)動機事業(yè)向更高層次的發(fā)展。

3 結束語

綜上所述，數字化檢測技術的應用，為航空發(fā)動機零部件裝配作業(yè)高質量開展提供了強力的技術支持，不僅充分滿足高精度零部件裝配需求，同時隨著科學技術水平的不斷提高，數字化檢測技術應用水平將得到進一步提高，切實解決制約航空發(fā)動機零部件裝配技術操作困難的問題，最大限度發(fā)揮數字化檢測技術的應用價值。