飞机技术论文
飞机(aeroplane,airplane)是指具有一具或多具发动机的动力装置产生前进的推力或拉力，在大气层内飞行的重于空气的航空器。学习啦小编整理的飞机技术论文，希望你能从中得到感悟!
飞机技术论文篇一
飞机制冷技术发展
【摘 要】20世纪40年代以来，飞机制冷技术随着飞机工业的蓬勃发展也取得了长足的发展，从最初的简单式空气循环制冷发展到多种升压循环制冷，从单一的空气循环制冷发展到空气/蒸发循环组合制冷，从发动机引气制冷发展到电动环境控制系统的无引气制冷。但我国较国外发展现状还距有较大差距，本文通过叙述飞机制冷技术的发展过程，希望为我国的航空制冷技术的发展添砖加瓦。
【关键词】飞机制冷技术 空气循环制冷 蒸发循环制冷 电动环境控制
自20世纪40年代以来，由重量较轻的透平涡轮和高效紧凑式换热器组成的空气循环制冷系统以其体积小、重量轻、结构简单、制冷量易调节和易维护等特点，成为飞机制冷系统的最佳选择。空气循环制冷技术经过数十年的发展，经历了简单循环制冷、升压式二轮、三轮、四轮等多种升压循环制冷。到了上世纪70年代之后，机载蒸发循环制冷取得了技术突破， 蒸发循环系统首先在电子设备吊舱的冷却中取得应用 ，而后，蒸发循环制冷技术开始应用于直升机，再经过数十年的研究积累，蒸发循环制冷技术终于应用于军用战斗机。在多电/全电飞机发展的思想指引下，多电飞机取得了技术突破，无引气的电动环境控制系统在民用客机上得到了应用。
1简单式循环制冷系统
简单式空气循环制冷系统由热交换器和高速涡轮组成，系统结构简单，重量较轻。其工作原理是从发动机压气机引出的高温高压空气，经过压力调节装置后，流入热交换器，散热给冲压空气实现冷却，然后进入冷却涡轮通过膨胀冷却进一步降温，最后供给座舱进行温度调节，原理图见图1。系统中涡轮所驱动的风扇只单纯作为耗能和抽风的工具，不具有增压功能，所以系统的供气压力不能太低。也正由于风扇的抽吸作用，使得飞机在地面停机状态下，系统同样有冷却作用。简单式循环制冷系统具有以下特点：(1)风扇在涡轮输出功的驱动下，对热交换器冷边的冲压空气产生抽吸，加大了冷边冲压空气流速、流量，提高了换热器的换热效率;(2)冷却涡轮和换热器的安装不需要成对组装，二者在飞机上设计部位比较灵活;(3)发动机引气压力对涡轮通风式制冷系统的影响较大，因而系统制冷量会随着发动机在高空引气压力的降低而变小;(4)由于风扇直接在大气条件下工作，空气密度随着飞行高度的增加而变小，风扇端负荷也相应减小，使涡轮转速增快，达到某一高度时涡轮会超转，这使得涡轮通风式制冷系统的使用高度受到限制。简单式空气循环制冷系统被许多机种，尤其是军用机上，得到了广泛应用。如英美的F101、F-5E等战斗机、B-52、B-57等轰炸机、慧星4C旅客机，苏联早期的各种机型大部分都采用了这种系统。
2升压式空气循环制冷系统
升压式空气循环制冷系统又可称为涡轮压气机制冷系统。其基本形式如图2，它由初级热交换器、次级热交换器和涡轮压气机组件等组成。升压式制冷系统原先用于活塞式飞机，其增压源为发动机驱动的离心式或罗茨型压缩机。这种增压源出口压力较低。为了保证座舱增压和获得足够的冷却能力，将增压源供出的空气用冷却涡轮驱动的压气机进一步压缩，再通过是间冷却器，送至冷却涡轮制冷。此时涡轮膨胀比较大，故温降也较大。
与涡轮通风式制冷系统相比，升压式制冷系统的缺点是：飞机在地面停机状态或起飞滑跑时，系统制冷能力很小。克服这一缺点有两个方法：一是用电机传动或涡轮驱动专用通风机，二是从发动机压气机直接引气的引射器，引射冷却空气。
在英美飞机，尤其是旅客机上，升压式制冷系统被广泛应用。除了旅客机，这种制冷系统也广泛地应用于战斗机F-14、轰炸机B-1等机型。
3三轮升压循环制冷系统
为了弥补二轮升压式制冷系统地面制冷能力差的缺点，人们开始分析制约二轮升压式制冷能力。研究发现：二轮升压式制冷涡轮在地面虽有制冷能力，但循环效率非常低，涡轮发功的功率只有15%用于驱动冷却空气风扇，其余功能不仅被浪费，而且会导致冷却空气压力和温度升高，不利于制冷效率。为提高升压式制冷系统效率，人们将升压式和简单式组合起来，构成升压式-涡轮通风式组合制冷系统。这类系统被称为三轮升压式空气循环制冷系统，它的基本形式和工作原理如图3，其结构特点是：冷却空气风扇和升压式压气机安装在一根轴上，用涡轮来驱动。三轮升压式空气循环制冷系统的特点是：(1)供气压力小，节省功率，而且弥补了二轮升压式制冷系统地面制冷能力差的缺点;(2)由于升压式压气机吸收了大部分(85%左右)涡轮功率，故还可以防止制冷装置过速。三轮式制冷系统是空气循环制冷系统的一次重要革新，它在现代旅客机上得到了广泛应用，例如波音-747和DC-10等。
4四轮涡轮升压循环制冷系统
四轮升压循环系统是在三轮升压循环系统的增加了第二级涡轮改进而来的。如图4实际工作过程中，第一级涡轮出口的温度可控制在零点以上，这样有效防止了换热器结冰，同时更好地降低了供给座舱的供气温度，增强了系统的制冷能力。表1是三轮系统与轮系统主要部件的重量。从表中可看出，四轮系统的总重要比三轮系统轻27kg。
四轮循环系统比三轮系统有着更更高的循环制冷效率、更强的制冷能力和更高的可靠性，在大飞机环控系统中具有很广阔的应用前景。波音B777与空客A380旅客机采用这种新型四轮升压循环系统。
5蒸发循环制冷系统
航空电子电子设备吊舱体积小、热载荷大，单位面积热注密度大，为了满足其冷却需求，上世经70年代美国开始研制机载蒸发循环制冷系统用于电子吊舱的冷却，系统的制冷量大约为3kW～5kW量级。由于机载蒸发循环制冷技术的进步、密封工艺水平的提高，使其具备了在固定翼飞机上装机使用的条件。目前采用蒸发循环制冷技术最成熟的案例就是美国最先进的战斗机F-22飞机，该机采用蒸发循环制冷和空气循环制冷相组合的方法去实现座舱和电子设备的冷却：F-22飞机如图5包括两个分离的电子舱及一个座舱，电子舱l(热负荷较大，约为50kW)采用蒸发循环制冷的液体冷却方式，电子舱2(热负荷小，约为5kW)和座舱(热负荷约为5kW)则采用空气循环制冷。
6多电飞机制冷系统
由于多电环控系统的技术发展，在商用客机的环控系统上开始出现了电动环境控制系统。"梦幻客机"波音787是第一个使用电动环境控制系统的大型商用飞机。该机在环控系统方面应用了四项新技术：第一项是取消从发动机引气;第二项是采用新型数字式座舱压力调节系统;第三项是选择了新型电热机翼防冰系统;第四项是采用电动环控系统。在这四项新技术中，最具影响的技术革新是它取消了发动机引气。取消发动机引气的电动环境控制系统在飞机设计布局中具有更大的灵活性和更强的适应能力，并提高发了发动机的热力循环效能。图6是电动环境控制系统示意图。未来多电/全电大型飞机发展过程中，无引气的电动环境控制系统必将是环境控制系统的发展方向。
7结语
航空制冷技术经过70多年的发展，取得了非凡的成绩：空气循环制冷技术日益完善，代偿损失进一步降低，制冷性能进一步提高;机载蒸发循环制冷取得了巨大进步，已经成功应用于战斗机;多电技术的新发展，使得无引气多电环境控制系统成功装机验证，取得了非常好的效果。我国较国外发展现状还距有较大差距，为了加快我国的航空制冷技术发展，笔者提出几点建议：(1)在直升机制冷方案设计中，优先考虑机载蒸发循环制冷，加强机载压缩机、高效紧凑式换热器的研发攻关;(2)在下一代先进战斗机制冷方案规划中，重点考虑空气循环-蒸发循环相结合的方案，减少冲压空气的应用，合理规划好燃油冷沉的应用;(3)在民用客机制冷技术发展中，以多电(全电)飞机发展为方向，进行闭式循环制冷技术研究，研发出我国自己的电动无引气环境控制系统。
参考文献：
[1] 李武奇，唐伯清，张均勇，张小松.蒸汽压缩式制冷系统在航空中的应用.飞机设计，2008.4：73-76.
[2] 林韶宁，夏葵，李军，孙烨，侯予，陈纯正.空气制冷机在飞机空调系统中的应用.流体机械，2004.32(10)：46-49.
[3] 路多，胡文超.新一代干线客机A380和波音787的环境控制系统.航空科学技术，2005.2：17-19.
飞机技术论文篇二
浅谈飞机柔性装配技术
【摘 要】本文结合国内现阶段飞机生产装配情况，并与国外先进装配工艺进行比较，探讨了飞机数字化生产阶段采用柔性装配技术的优势与发展前景。
【关键词】数字化;柔性化装配;技术
0 背景
飞机装配是将大量零件按图纸进行定位与连接的过程，是飞机制造的重要环节之一，其工作量约占整个飞机制造劳动工作量的一半左右。在传统的飞机装配过程中，需要用特定的工装型架来保证装配精度，由于飞机气动外形的差异，导致型架是唯一的。
伴随用户需求的不断变化与丰富，飞机装配生产线也将越来越“丰富”。传统的“硬性”装配生产线在未来将受到挑战，这种“一对一”的装配模式，其配套专用型架的设计、生产和调试周期很长，且体积大、成本高、占地面积大，不利于产品的研制与快速布局生产。
随着近年来飞机设计行业内数字化、信息化的推进，越来越多的零件将抛开传统的基于模线样板的模拟量传递走向数字化信息传递之路。而采用传统的型架进行人工装配的方式，自动化和柔性化水平低，已无法满足精确化制造装配的要求。
1 国内外研究现状
飞机的数字化装配技术于20世纪90年代在欧美等航空制造业发达国家开始使用，柔性装配技术是近几年才逐渐在航空制造业开始研究和部分应用于生产。国外飞机制造技术表明，采用柔性能够装配是缩短生产周期，降低生产成本的有效措施。它能克服传统飞机制造业模线-样板法在模拟量协调体系下需要大量实物工装且应用单一，制造周期长，费用高，厂房利用率低等缺点，它通过与柔性工装、自动化制孔设备、数控钻铆或自动铆接等设备的集成可组成自动化，数字化的柔性装配系统，能明显缩短装配周期，提高和稳定装配质量。
据悉，在装配中使用了体现柔性工装特点的龙门钻削系统技术的X-35战机，其制造周期缩短了三分之二，工装由350件减少至19件，制造成本降低了一半。其采用的激光定位，电磁驱动能实现精密制孔，不仅能降低钻孔出错率，而且大大降低了工具和工装。
目前，北航与沈飞合作，在国内研制出首个针对壁板类组件的柔性装配工艺装备―数控柔性多点装配型架。哈飞也引进了能柔性夹持的复合材料铣切设备，并得到应用。国内关于柔性装配的研究与应用还不是很广泛。
2 飞机柔性装配技术的应用
柔性装配技术范畴很广，涵盖了柔性装配工装，柔性制孔，装配系统、装配设计，虚拟装配，装配集成管理，数字化检测，面向柔性装配的设计技术等领域。本文仅从柔性装配工装，柔性制孔等几个方面做出简要介绍。
2.1 柔性装配技术
柔性装配技术是基于产品数字量尺寸协调体系的可重组的模块化、自动化装配工装技术，其目的是免除设计和制造各种零件装配的专用固定型架、夹具，可降低工装制造成本，缩短工装准备周期、减少生产用地，同时大幅度提高装配生产率。
柔性工装技术在国外飞机各级装配中都得到广泛应用，无论是壁板类组件的装配还是机身机翼等大部件的装配，直至最后部件级别的对接，都应用了大量的柔性装配工装。柔性装配工装的类型包括用于壁板类组件装配的多点阵真空吸盘式柔性装配工装、用于机翼翼梁和机翼壁板装配的确定性装配工装，用于机身部件装配的分散式柔性装配工装，以及大部件对接的自动化对接平台等几类。
现代飞机蒙皮主要以铝制钣金件为主，典型结构是由蒙皮和框缘、补偿片装配而成的壁板。壁板外形虽然复杂，但多数可有贝赛尔曲线拟合得出。若壁板为刚体，则可采用三点定位便可以满足装配要求，但是飞机钣金件刚性查，若要满足装配要求，必须采用更多定位点。当定位点足够多时，原则上壁板外形是可控的。多点阵成型真空吸附式万能吸盘柔性工装系统就是用这种原理制造的，它带有一组真空吸盘立柱阵列，模块化的立柱可由程序控制三维移动到任意空间位置定位，形成与装配曲面完全符合并均匀分布的吸附点阵，能精确夹持和固定壁板以便完成钻孔、铆接和铣切等工作。当壁板外形发生变化时，柔性工装的外形和布局能自动进行调整。通过改变定位和夹紧位置，可以适应不同零部件结构和定位夹紧要求，从而降低综合成本，缩短工装准备时候和产品研制周期。
框梁类的零件，通常刚度比较大，可借助零件上的自我特征，比如孔、面等，进行自我定位，进而能简化工装的需求。这便是确定性装配(Determinant Assembly)确定性装配式一中无工装夹具飞机装配技术，也属于柔性工装范畴。为减少和减少工装，确定性装配使用零件自我特征来定位，免去了垫片、装配后的返修。零件刚度从某种意义上来讲决定了零件精度，要借助零件特征进行定位，就必须有足够刚度的精密零件的支持骨架，理论上讲零件有了符合精密尺寸的关键特征就可以用来互相配合。按照波音公司的定义，确定性装配有一下特征：①利用零件或组件关键特征之间的空间关系;②关键特征在数字化设计时进行定义;③关键特征借助于精确的数控机床在适当的时间用于零件的制造和装配过程;④装配件不是工装，而是依照工程设计来进行制造;⑤取消了复杂的工装。
部件类零件的装配，通常选取主要的结构交点、重要部位外形，测量点对部件进行姿态控制，传统的对接平台可以被由计算机控制的自动化千斤顶、激光定位跟踪系统，激光垂直定位系统等组成的柔性对接平台取代。这项技术能大幅提高装配质量，节省对接时间。
2.2 柔性制孔技术
目前国内外采用的自动化柔性制孔设备有：自动钻铆机器、机器人制孔系统、柔性制孔系统等。
现代飞机对气动外形要求非常严格，在技术条件中甚至对埋头铆钉突出蒙皮的高度都有要求。采用人工钻铆，工艺顺序为：画线→钻孔→粗绞→精绞→分离清理等，此过程耗时，孔位精度差，铆接质量不能稳定保持。而柔性化自动钻孔技术可以实现孔位，进给量的精确控制，自动钻铆机能一次性的完成夹紧、钻孔、锪窝、注胶、放铆和铣平等工序，一次进能钻出0.005mm内的高精度孔，又能将埋头窝和深度控制在0.01mm内。由于钻孔时铆接件处于高夹紧力下，层间不会产生毛刺和孔壁划伤，能有效减少疲劳源。但是由于自身结构限制，自动钻铆机多数用于壁板类零件。
机器人制孔系统国外多有应用，如C-130飞机梁腹板用机器人自动钻孔，波音的F-18后沿襟翼机器人制孔系统。
3 未来展望
柔性装配技术的应用时当前国内外飞机制造业数字化制造的大趋势，可以预见，柔性装配技术的推广将大大提高我国航空制造业水平，将强力的推进我国迈向航空强国的步伐。
【参考文献】
[1]郭恩明.国外飞机柔性装配技术[J].航空制造技术，2005(9).
[2]范玉青.现代飞机制造技术[J].北京航空航天大学，2001.
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