Современные методы сборки летательных аппаратов

Элементы каркаса  (шпангоуты,  нервюры,  лонжероны и т.  п.)  могут базироваться различными способами,  однако между элементами каркаса и обшивкой панелями должны быть предусмотрены компенсаторы. 

Базовые элементы сборочного приспособления могут не иметь непосредственной связи с несущими элементами -  каркасом приспособления,  а крепиться к предварительно установленным элементам конструкции изделия.  Такие базовые элементы приспособления обычно называют макетными шпангоутами, макетными нервюрами и т.п.  и устанавливают по месту установки реальных элементов конструкции изделия. Сборка с использованием макетных элементов конструкции изделия называется сборкой с базированием по внутренней поверхности oбшивки.

 

5.2.1 Сборка в приспособлении с базированием по поверхности

каркаса

При таком методе сборки обшивку  (или панель)  устанавливают  в приспособлении на каркас планера и прижимают её к поверхности каркаса на период сборки. Точность контура обводов агрегата зависит от точности обводов каркаса и отклонений обшивки по толщине.  Если поверхность каркаса после сборки волнистая,  то это отражается и на внешних обводах обшивки. Каркас жёстче обшивки, поэтому после сборки внешние обводы обшивки повторяют контур поверхности каркаса.

Технологический процесс  сборки с базированием по поверхности каркаса включает выполнение следующих работ:

-базирование шпангоутов 3  на ложементах 2  приспособления  и закрепление их фиксаторами 4  с целью придания жесткости и неподвижности в процессе выполнения последующих операций сборки;

-базирование панели 1  по базовым отверстиям  (БО)  в панели и двум фиксаторам 6, расположенным на рубильниках 5 приспособления;

-подготовка мест сопряжения  панели и шпангоутов каркаса  к соединению и выполнение клёпки;

-освобождение собранной  конструкции от закрепления фиксаторами  4 и 6 и отвод рубильников 5;

- извлечение собранного  изделия из приспособления.

 

Базирование по поверхности  каркаса, в основном, применяется  при сборке непанелированных отсеков и агрегатов лёгких вертолётов, конструкций из монолитных и сборных нервюр и шпангоутов,  и конструкций с сотовым заполнителем.  Приспособление для сборки с базой -  поверхность каркаса представляет собой пространственную конструкцию  (раму),  состоящую из балок,  на которых смонтированы базовые элементы приспособления  (рубильники,  ложементы,  плиты стыка) и фиксаторы для крепления деталей в сборочном  положении и вилки для закрепления рубильников в рабочем положении.

Точность получаемых обводов  изделия  (агрегата)  и взаимное расположение деталей в таком приспособлении зависят от обводов базовых поверхностей каркаса изделия  (агрегата)  и расположения в пространстве базовых поверхностей элементов приспособления.

Сборка агрегатов в  таких приспособлениях имеет  большое количество переходов и операций;  цикл сборки в результате становится длительным.  При этом методе сборки для установки заклёпокприменяют пневмодрели, пневмомолотки, поддержки.

 

5.2.2 Сборка в приспособлении с базированием по внешней

поверхности обшивки

 

При сборке с базированием по внешней поверхности обшивки - обшивка  (панель)  прижимается  внешней поверхностью обшивки к опорным поверхностям приспособления на период соединения её с каркасом. 

Сборка с базированием по внешней поверхности обшивки применяется в случаях сборки монолитной панели с нервюрами рамной конструкции,  или панели с продольным набором имеющие в своем составе компенсирующие элементы.  Пример элементов компенсации приведен на рисунке.

 

 

Кроме основных элементов  в конструкцию панели входят дополнительные элементы,  выполняющие более ограниченные функции.  Так шпангоут 5  с обшивкой 1  соединяется не непосредственно, а через компенсатор (уголок) 3, а стрингер панели 2 соединяется со шпангоутом 5  через компенсатор  (уголок) 4.

Технологический процесс  сборки включает выполнение следующих

основных работ:

 

-на каркас 1,  установленный  в приспособлении для сборки, накладываются панели 2 (с набором стрингеров и компенсаторов);

-накладываются  и закрепляются  рубильники 3, на которые базируются панели;

-к поверхности рубильников  3 панели 2 прижимаются силами N;

-производится подготовка мест соединения деталей в компенсаторах отверстий под заклёпки в шпангоутах каркаса 4;

-выполнение соединения  заклёпками компенсаторов и шпангоутов;

-открытие рубильников  и извлечение отсека фюзеляжа  из сборочного приспособления.

Приспособление для сборки с базированием по внешней поверхности обшивки представляет собой пространственную ферменную конструкцию,  состоящую из балок,  рубильников,  ложементов,  плит стыка,  фиксаторов закрепления рубильников в открытом и закрытомположениях.  Точность внешних обводов собираемого изделия (агрегата)  в таких приспособлениях определяется точностью базовых обводообразующих поверхностей рубильников и точностью положения базовых поверхностей в пространстве.

 

5.2.3 Сборка с базированием по внутренней поверхности каркаса

 

При этом методе базирования  панель устанавливается в сборочное положение,  опираясь внутренней поверхностью на базовые поверхности сборочного приспособления или на поверхности специальных макетных нервюр.

Собранные лонжероны 1 и 5 устанавливают  по БО на фиксаторы в кронштейнах 6  и закрепляют их в сборочном приспособлении.  Затем устанавливают между лонжеронами макетные нервюры 7  на технологические болты, базируя их относительно лонжеронов по СО в приклёпанных к лонжеронам профилях 9  и нервюрах 7.  Между макетными нервюрами располагают вертолётные нервюры 4 с базой по СО,  соединяя их с лонжеронами заклёпками.  На собранный таким образом каркас устанавливают панели 2  с укрепленными компенсаторами 3.

Установка панелей выполняется  за два этапа – предварительный  и окончательный.  Предварительно одну из панелей  (левую) накладывают на базовую поверхность макетных нервюр 7  и прижимают лентой 8  с усилием Q  к макетным нервюрам.  В таком положении панели по НО в компенсаторах 3 и вертолётных нервюрах 4 сверлят отверстия под заклёпки.

После сверления отверстий  во всех установленных вертолётных нервюрах панель вынимают из приспособления,  устанавливают вторую панель  (правую) и сверлят по НО в компенсаторах отверстия под заклёпки в вертолётных нервюрах.  После сверления отверстий соединяют заклёпками  компенсаторы 3 с вертолётными нервюрами 4.

Затем снимают макетные нервюры  и устанавливают на их место вертолётные, базируя их на лонжеронах по СО. Вновь установленные вертолётные нервюры соединяют с лонжеронами заклёпками. Далее по НО в стрингерах сверлят отверстия под заклёпки во всех установленных вертолётных нервюрах и соединяют их заклёпками с компенсаторами.

Выполнив все соединения по правой панели с каркасом, окончательно устанавливают левую панель и заклёпками соединяют установленные на ней компенсаторы с вертолётными нервюрами.

После выполнения всего объёма сборочных работ кессон вынимают из приспособления.

 

6. Точность и технико – экономические показатели различных

методов сборки

При сборке одного и того же узла,  панели,  отсека,  агрегата –  для установки деталей каркаса и обшивки в сборочное положение применяют различные сборочные базы, рассмотренные выше.

Во всех случаях применения при сборке изделия нескольких сборочных баз основным методом базирования считается тот,  при котором формируется внешний обвод агрегата с допустимыми отклонениями, указываемыми в технических условиях на изготовление вертолета.

При удовлетворении требований по точности несколькими методами базирования –  выбирают метод,  имеющий наилучшие технико-экономические показатели.

При расчетах технологической  себестоимости запускаемого в серийное изготовление вертолета определяют технико-экономические показатели:

♦ -в сфере подготовки производства;

♦ -в сфере основного  производства.

Наилучшие технико-экономические  показатели в сфере подготовки производства при сборке узлов,  панелей имеют методы    базированияпо СО,  КФО и по внутренней поверхности обшивки.  Объясняется это тем,  что при базировании по СО,  КФО и внутренней поверхности обшивки требуется простая,  менее трудоемкая и дешевая оснастка.

При сборке по СО,  КФО  приспособления имеют меньшее количество балок,  колонн,  ложементов и совершенно не имеют рубильников,  необходимых в приспособлениях при базировании по внешней поверхности обшивки и поверхности каркаса.

При базировании по СО многие узлы и панели собираются вообще без приспособлений–на столах,  верстаках или в переналаживаемых сборочных приспособлениях.  Это приводит к снижению не только расхода металла на оснастку,  трудоемкости и себестоимости ее изготовления, но и количества потребной для сборки оснастки.

Если рассматривать технико-экономические  показатели методов сборки в сфере основного производства,  то при методе сборки – базирование по поверхности каркаса –  себестоимость сборки выше, чем при базировании по внешней поверхности обшивки. Это связано стем, что при базировании по поверхности каркаса уменьшается объем работ по панелированию, но значительно увеличен объем клепальных работ,  выполняемых в стапелях общей сборки ручным инструментом (пневмодрели, пневмомолотки).

Большой объем панелирования,  выделение сборки и клепки панелей на самостоятельные участки работы,  применение более совершенных сборочных приспособлений,  уменьшение объема сборочно-клепальных работ при общей сборке отсеков и агрегатов – всё это повышает технико-экономические показатели в сфере основного производства.

Технико-экономические показатели методов базирования по СО,  КФО и внутренней поверхности обшивки выше,  чем при сборке с базированием по внешней поверхности обшивки и поверхности каркаса.

При запуске изделия в  серийное производство,  исходя из его конструктивных особенностей,  определяют общую схему сборки,  проводят расчеты технико-экономических показателей по подготовке производства и по основному производству,  определяя какие методы сборки применить для сборки отсеков, агрегатов и вертолета в целом.

 

7. Сборочный процесс сегодня

 

                Новые информационные технологии  открыли широкие возможности,  что позволило полностью автоматизировать  процесс производства и сборки  летательных аппаратов.   Появление  мощных и доступных компьютеров,  глобальной сети и т.д. обусловило  возможность ведения единого  процесса по проектированию, производству, эксплуатации, сертификации, вплоть  до утилизации в едином виртуальном  пространстве.

Как было сказано выше, сегодня предъявляются  повышенные требования к качеству изделия с одновременным сокращением времени выхода на рынок, что, в свою очередь, требует качественно нового подхода к разработке авиатехники. Решить такую задачу возможно лишь при широком внедрении информационных технологий на всех этапах жизненного цикла изделия, в первую очередь качественно изменив технологию работы конструкторов, обеспечив их не только новым инструментом — мощной системой трехмерного проектирования, но и новым взглядом на процессы проектирования, а также сборки.

 

1. Современные технологии агрегатно-сборочного производства (Бесплазовая увязка размеров в агрегатно-сборочном производстве)

 

Сборочное производство является одним из завершающих и наиболее ответственных этапов производства самолетов. Уровень технического и  организационного совершенствования  сборочного производства, трудо- емкость которого для современного самолета достигает 40% трудоемкости изготовления ЛА в целом, в значительной степени определяет его технологическую себестоимость и основные показатели экономической эффективности самолетостроительного предприятия. Ведущие мировые производители самолетов, а также компании, специализирующиеся на изготовлении агрегатов, отсеков и других подсборок планера ЛА, постоянно совершенствуют технологию сборочного производства.

7.1.1 Сущность метода бесплазовой увязки размеров.

Основным направлением в  области совершенствования процессов  сборки является создание автоматизированных систем на базе развития аппарата математического  моделирования объектов и процессов  производства с использованием современных  средств вычислительной техники и оборудования с ЧПУ(числовое программное управление). Для самолетостроения это означает переход от связанного (зависимого) изготовления деталей к независимому, воспроизводящему объекты с заданной степенью точности, достаточной для обеспечения взаимозаменяемости. Вместе с тем при переходе на независимый метод изготовления деталей возникает ряд проблем, от решения которых зависит успешное решение вопросов автоматизации процессов сборки. Например, создание широкоразвитого гибкого аппарата математического моделирования поверхностей самолетов, который позволял бы производить все необходимые расчеты как на этапе проектирования, так и при технологической проработке изделий; разработка математического обеспечения и программ для проектирования и воспроизведения объектов практически любой сложности; разработка высокоавтоматизированных систем для создания соответствующих программ. В настоящее время появились методы, позволяющие описывать подавляющее большинство различных вариантов аэродинамических поверхностей.

Широкое распространение аналитических методов задания обводов, автоматизация расчетов и записи программ для оборудования с ЧПУ способствовали разработке независимого метода образования форм и размеров сопрягаемых элементов конструкции, т.е. метода бесплазовой увязки (МБУ) конструктивных элементов планера.

 Увязка размеров при  МБУ осуществляется с помощью  математической модели аэродинамической  поверхности, полученной расчетным  путем. Образование взаимосвязанных  рабочих контуров сборочных единиц  обеспечивается точным изготовлением  их на станках с ЧПУ. При  использовании МБУ точность увязки  сопрягаемых элементов конструкции  находится в прямой зависимости  от точности их изготовления. Таким образом, МБУ базируется  на использовании принципов независимого  изготовления деталей, математического  моделирования поверхностей, а также  построения управляющей информации, не зависящих от применения  методов проектирования обводов  изделий. При МБУ специальные  средства увязки размеров заменяются  координатографами и фрезерными  станками с ЧПУ в сочетании  с плаз-кондукторами, инструментальными стендами и оптико-механическими средствами монтажа и контроля стапельно-сборочной оснастки. Образование взаимоувязанных рабочих контуров обеспечивается точными координатными плоскими (двухкоординатными) и пространственными (трехкоординатными и более) системами станков с ЧПУ, изготовленными на базе отработанной системы допусков и посадок. Это позволяет использо вать при обработке оснастки на станках с ЧПУ стандартную координатную сетку (50x50 мм) базовых отверстий, которые обеспечивают взаимную увязку контуров оснастки. Эти же отверстия, перенесенные на детали, служат технологическими базами при сборке узлов и агрегатов координатными методами. Станки с ЧПУ в сочетании с плаз-кондукторами объединяют в себе одновременно средство изготовления и средство увязки размеров. При этом увязка контуров обеспечивается точностью изготовления сборочных единиц на станках с ЧПУ. При использовании МБУ требуется обязательное задание аэродинамических поверхностей агрегатов самолетов типовыми аналитическими методами. Сущность бесплазового метода изготовления и метода бесплазовой увязки заготовительной и сборочной оснастки заключается в том, что с помощью системы исходных числовых данных о геометрических формах и размерах обводов изделия, рассчитанных на ЭВМ, выдерживаются заданные допуски при расчетах, вычерчивании плазовых линий, изготовлении контуров оснастки и механообрабатываемых изделий. Благодаря применению универсальных средств с ЧПУ МБУ размеров позволяет: