《飛機(jī)方向舵問題研究開題報告》

飛機(jī)方向舵前緣段裝配型架的設(shè)計開題報告選題依據(jù)及意義在航空工業(yè)復(fù)合材料數(shù)字化生產(chǎn)線中，工藝裝備的快速設(shè)計是實現(xiàn)復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。骨架是型架的基體，骨架的快速和合理設(shè)計決定了型架設(shè)計周期和質(zhì)量。傳統(tǒng)的型架骨架設(shè)計方法針對特定用途和特定型號產(chǎn)品進(jìn)行專門設(shè)計，沒有充分利用已有的型架骨架及其設(shè)計經(jīng)驗，這樣設(shè)計過程中產(chǎn)生了大量繁雜的重復(fù)工作，致使設(shè)計周期延長，從而影響整個產(chǎn)品的設(shè)計周期。此外，型架的剛度是影響型架定位準(zhǔn)確度的主要因素之一，由于型架骨架是靜不定結(jié)構(gòu)，計算非常復(fù)雜，設(shè)計時是根據(jù)經(jīng)驗選擇梁和柱的剖面形狀和尺寸進(jìn)行估算的，再增加保險系數(shù)來保證工裝的剛度和強(qiáng)度，這常常使得型架的骨架過于笨重，造成材料的浪費(fèi)，占地面積過大，雖然有限元分析方法被引入到型架的穩(wěn)定性（變形）分析中，但現(xiàn)在的分析是針對某個型架骨架做具體分析，當(dāng)型架結(jié)構(gòu)、所受載荷和約束相似時，仍然要對其每個都按照“設(shè)計3D模型－有限元分析－修改設(shè)計－有限元分析”的過程進(jìn)行設(shè)計，在建模和有限元分析過程中進(jìn)行了大量的重復(fù)性工作，影響了型架設(shè)計的效率，研究對相似型架骨架的快速分析方法對提高型架設(shè)計效率有實際意義。國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢1.國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)對飛機(jī)裝配型架CAD技術(shù)的研究進(jìn)行了多年，取得了一些成果，裝配型架CAD技術(shù)的研究與系統(tǒng)實現(xiàn)是適應(yīng)飛機(jī)產(chǎn)品CAD技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展而發(fā)展的，有些CAD技術(shù)及系統(tǒng)已成功運(yùn)用到實際設(shè)計生產(chǎn)中，包括洪都航空工業(yè)集團(tuán)公司與華中科技大學(xué)合作基于AutoCAD平臺開發(fā)的FIXCAD系統(tǒng)；成飛公司與北京航空航天大學(xué)合作從系統(tǒng)底層進(jìn)行開發(fā)的FixCAD系統(tǒng)，以及對CATIA軟件進(jìn)行二次開發(fā)得到的輔助設(shè)計系統(tǒng)，西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)都對此做過大量探索。（1）洪都航空工業(yè)集團(tuán)公司與華中科技大學(xué)合作開發(fā)了飛機(jī)型架參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)FIXCAD，系統(tǒng)的開發(fā)平臺是AutoCADR14ForDos，利用ADS開發(fā)工具以及WATCOMC/386、AUTOLISP開發(fā)語言在微機(jī)上進(jìn)行開發(fā)，該系統(tǒng)開發(fā)的出發(fā)點(diǎn)是二維CAD軟件，由于開發(fā)平臺的局限性，導(dǎo)致該設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果不具備三維直觀性，缺乏剛度穩(wěn)定性檢測等功能。（2）北京航空航天大學(xué)與成飛公司合作研制了FixCAD系統(tǒng)，系統(tǒng)從底層進(jìn)行開發(fā)，采用C和Fortran兩種語言編程，它從型架的專業(yè)設(shè)計需求出發(fā)，對系統(tǒng)功能進(jìn)行了針對性開發(fā)，缺少了通用機(jī)械CAD系統(tǒng)的通用性，但針對型架設(shè)計工作比通用機(jī)械CAD效率要高，系統(tǒng)首先將飛機(jī)設(shè)計系統(tǒng)中的飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)外形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)定義的理論圖模型，型架各組件設(shè)計從理論圖模型獲得設(shè)計數(shù)據(jù)，總體設(shè)計、骨架、卡板、零件設(shè)計為系統(tǒng)的子系統(tǒng)，對標(biāo)準(zhǔn)件和型材通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)為型架的二維圖紙。（3）西北工業(yè)大學(xué)的余功炎等設(shè)計開發(fā)了“工裝快速設(shè)計支持系統(tǒng)”，此系統(tǒng)是基于CATIA軟件平臺，運(yùn)用CATIA的二次開發(fā)工具CAA(ComponentApplicationArchitecture，組件應(yīng)用構(gòu)架)，以VB為開發(fā)語言開發(fā)的，系統(tǒng)實現(xiàn)了飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計和型架設(shè)計在同一個軟件平臺上進(jìn)行，無需數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量。除上述三個系統(tǒng)外，南京航空航天大學(xué)的蔣紅巖、李洋、梅繁等對型架的可重復(fù)利用、骨架元件自動裝配和骨架元件建模做過研究，并通過對CATIA進(jìn)行二次開發(fā)得到型架輔助設(shè)計系統(tǒng)，包括型架骨架庫、典型零件庫、卡板庫、快速裝配、型架結(jié)構(gòu)推理等功能，設(shè)計數(shù)據(jù)直接取之于CATIA模型，無需平臺轉(zhuǎn)換，保證了數(shù)據(jù)傳遞的質(zhì)量和效率。2.國外研究現(xiàn)狀（1）夾具結(jié)構(gòu)自動布局的理論和方法AmyJ.C.Trappey應(yīng)用空間投影計數(shù)法(ProjectiveSpatialOccupancyEnumerationPSOE)對工件總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，在幾何推理方法基礎(chǔ)上，應(yīng)用PSOE建立搜索策略得到夾具的布局。應(yīng)用此原理方法建立的系統(tǒng)可作為CIMS的一部分，可對CAD數(shù)據(jù)庫進(jìn)行直接訪問，得到零件幾何形狀信息。（2）夾具設(shè)計專家系統(tǒng)P.M.Ferreira等開發(fā)了AIFIX專家系統(tǒng)，適用于常規(guī)的機(jī)械加工。輸入了有關(guān)毛坯、刀具和機(jī)床的信息后，在確定定位方案前提下，產(chǎn)生并評價不同的夾具設(shè)計。AIFIX有兩個子系統(tǒng)，一個用以產(chǎn)生合理的工件定位，另一個是夾具的綜合。此系統(tǒng)較全面地考慮了有關(guān)影響夾具設(shè)計的各種相關(guān)因素，但是此系統(tǒng)只根據(jù)工件幾何特征來定位，未考慮其尺寸和公差，只適用于平面形狀的簡單零件。（3）實用夾具CAD系統(tǒng)的開發(fā)HuoJL和P.M.Grippo等基于GT（成組技術(shù)）交互生成夾具裝配圖的方法開發(fā)了CAD-MFS夾具系統(tǒng)。系統(tǒng)包含3部分：①Build-Your-Own，在給出定位方案后，可用以繪制零件圖；MFS-Select，是數(shù)據(jù)庫調(diào)用工具，用戶可通過其檢索夾具元件并顯示到屏幕上；③FixtureLibrary，是夾具和所含零件圖形庫，零件和夾具均以編碼形式存貯或檢索。YM.Rong等開發(fā)了計算機(jī)輔助孔系組合夾具設(shè)計系統(tǒng)CAMFD，系統(tǒng)是在對組合夾具使用性能如精度、剛度、穩(wěn)定和干涉等深入研究基礎(chǔ)上建立的，具有多項校驗功能。研究內(nèi)容及實驗方案本文的主要內(nèi)容如下：第一章緒論。概述飛機(jī)裝配型架設(shè)計的過程和裝配型架計算機(jī)輔助設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀，及課題來源和研究的意義、方法。第二章飛機(jī)裝配型架骨架CAD系統(tǒng)方案設(shè)計。介紹快速設(shè)計方法的內(nèi)容及發(fā)展，并把快速設(shè)計方法的思想應(yīng)用到型架骨架的設(shè)計中，結(jié)合企業(yè)的實際需要及型架骨架的設(shè)計特點(diǎn)給出本文系統(tǒng)的設(shè)計方案、開發(fā)模式及系統(tǒng)流程。第三章飛機(jī)裝配型架骨架的成組重用和創(chuàng)成設(shè)計。把型架骨架抽象為線框模型，建立基于成組技術(shù)的裝配型架骨架線框庫，提出基于“層面分解驅(qū)動”的參數(shù)化方法，并據(jù)此方法設(shè)計骨架線框，從而實現(xiàn)骨架線框的設(shè)計重用；設(shè)計線框編輯工具輔助骨架線框的編輯；給出創(chuàng)成式線框創(chuàng)建方法和工具；設(shè)計型材掃掠工具及相交處理工具。第四章飛機(jī)裝配型架骨架CAD系統(tǒng)實現(xiàn)。介紹系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境及開發(fā)工具，并給出系統(tǒng)的總體框架，用系統(tǒng)對“某飛機(jī)方向舵前緣段裝配型架骨架”進(jìn)行了設(shè)計。第五章總結(jié)與展望。概括了整個課題研究取得的成果，展望該課題進(jìn)行進(jìn)一步研究的方向和思路。目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度1.工作目標(biāo)及設(shè)計重點(diǎn)本文結(jié)合國內(nèi)某航空企業(yè)裝配工裝設(shè)計的實際需求，應(yīng)用骨架抽象－線框模型－掃掠實體的骨架設(shè)計思想，對骨架的成組重用、創(chuàng)成設(shè)計、線框編輯、掃掠相交處理等技術(shù)進(jìn)行了研究。給出了基于“層面分解驅(qū)動”的骨架線框參數(shù)化驅(qū)動方法，并應(yīng)用到骨架線框模型的設(shè)計中。把骨架線框分為相似線框和主體線框，并按照成組技術(shù)對它們進(jìn)行存庫管理，以實現(xiàn)對裝配型架骨架的成組重用。研究了飛機(jī)裝配型架骨架的創(chuàng)成設(shè)計技術(shù)，給出了兩種創(chuàng)成設(shè)計方法，即基于飛機(jī)產(chǎn)品特征點(diǎn)的骨架線框構(gòu)造方法和基于空間點(diǎn)陣的骨架線框構(gòu)造方法。歸納了常用的骨架線框編輯（修改）類型，基于CATIA開發(fā)了骨架線框編輯工具集，包括：連接線編輯工具、中線連接工具和等分線連接工具，提高了骨架線框編輯效率。2.工作進(jìn)度2019年12月4日～12月31日確定指導(dǎo)教師，擬定畢設(shè)題目。2019年1月6日～1月15日進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計選題系統(tǒng)進(jìn)行選題。2019年1月16日～1月20日與導(dǎo)師見面，聽取開題指導(dǎo)，明確指導(dǎo)方式和聯(lián)系方式。收集、查閱有關(guān)資料，撰寫開題報告，參加開題報告會。2019年1月21日～2月1日撰寫中期報告，提交中期評議表。2019年2月2日～3月1日完成論文初稿并交給指導(dǎo)教師審閱。修改初稿并經(jīng)認(rèn)可后完成論文正式稿，準(zhǔn)備答辯。五、參考文獻(xiàn)[1]吳璇,張宏博,鄭聯(lián)語.飛機(jī)裝配型架骨架優(yōu)化布局方法研究與應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2018,61(18):74-81.[2]劉建業(yè).飛機(jī)裝配型架典型結(jié)構(gòu)剛度快速計算系統(tǒng)開發(fā)[D].沈陽航空航天大學(xué),2018.[3]黃曜峰.飛機(jī)裝配型架快速設(shè)計技術(shù)研究與實現(xiàn)[D].南京航空航天大學(xué),2016.[4]徐健宇.基于參數(shù)化有限元分析方法的裝配型架優(yōu)化[J].能源研究與信息,2014,30(03):182-185.[5]周婷,曹巍,鄭國磊,邱益.飛機(jī)裝配型架骨架的關(guān)聯(lián)設(shè)計原理及算法[J].航空制造技術(shù),2014(08):32-35+41.[6]李慶利.飛機(jī)裝配型架快速設(shè)計技術(shù)研究與實現(xiàn)[D].南京航空航天大學(xué),2012.[7]StiffnessofPosturalAlignmentSystemBasedon3-AxisActuatorsforLargeAircraftComponents[J].ChineseJournalofMechanicalEngineering,2010,23(04):524-531.[8]王亮,李東升,羅紅宇,靳陽.飛機(jī)裝配數(shù)控柔性多點(diǎn)工裝技術(shù)及應(yīng)用[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報,2010,36(05):540-544.[9