飛機部件數字化調姿過程建模與仿真關鍵技術研究.pdf

1、飛機裝配是飛機制造過程中最重要、最復雜的環(huán)節(jié)之一，直接決定飛機產品的最終性能和質量。飛機部件或組件的空間定位問題是飛機裝配中的共性關鍵問題，定位精度將直接影響飛機產品的氣動外形、疲勞壽命與可靠性等。為了能夠提高飛機部件姿態(tài)調整的質量與效率，目前先進的調姿技術正朝著數字化、自動化、柔性化的方向發(fā)展。本文以數字化調姿系統(tǒng)為研究對象，該調姿系統(tǒng)由飛機部件與三坐標數控定位器組成，對其逆運動學、工作空間、柔性多體動力學建模與仿真、含非理想運動關節(jié)

2、調姿過程仿真與球頭—球窩磨損建模等問題進行了深入的研究。主要研究內容包括:
　　介紹了飛機裝配技術的發(fā)展歷史、應用背景與意義。比較詳細地描述了建模與仿真技術的發(fā)展、現(xiàn)狀及其在飛機裝配中的應用。
　　闡述了數字化調姿系統(tǒng)的調姿原理以及調姿系統(tǒng)的結構，分析了多種調姿系統(tǒng)結構類型的優(yōu)缺點。提出了基于調姿機構逆運動學分析的軌跡規(guī)劃方法，采用調姿機構正運動學法與網格搜索法分析了調姿機構的工作空間。描述了數字化調姿系統(tǒng)的硬件和軟件集成方

3、法。
　　構建了調姿系統(tǒng)的柔性多體動力學模型。根據調姿機構自身特點將三坐標定位器的支撐桿視為柔性體，綜合運用拉格朗日方程、虛功原理與拉格朗日乘子法建立調姿機構的柔性多體動力學模型，經數值求解得到調姿過程中飛機部件和定位器的受力情況。
　　建立了兩種典型非理想球鉸關節(jié)的運動學與動力學模型。首先，分別基于Hertz接觸理論與體積接觸模型構建了含半球形球窩與含球帶形球窩的球鉸關節(jié)法向接觸力模型;然后，結合改進的Coulomb摩擦力

4、模型建立了球頭與球窩關節(jié)的動力學模型;最后，建立了兩種含非理想運動關節(jié)的調姿機構動力學模型，并使用多種運動路徑對其進行仿真計算，分析了配合間隙、摩擦力、運動路徑與球鉸關節(jié)結構對調姿機構動態(tài)性能的影響，為結構設計與運動路徑規(guī)劃打下基礎。
　　構建了兩種球鉸關節(jié)的磨損計算模型。根據之前已經構建的非理想運動關節(jié)動力學模型計算出調姿過程中各個球頭與球窩的接觸力、接觸點位置等信息;然后，結合Archard方程建立球頭與球窩的磨損模型，為了能