據(jù)沈陽日報,在2021年度遼寧省科學技術(shù)獎獲獎名單中,榮獲科技進步一等獎的“大型民用飛機復合材料機體部件裝配自動化技術(shù)”項目,因大型民用飛機、復合材料、自動化等字眼而格外引人注目。8月9日,在中航沈飛民用飛機有限責任公司(以下簡稱沈飛民機)A04廠房,該項目團隊主要負責人之一、沈飛民機副總工藝師賈曉亮說:“面對市場競爭和國外的技術(shù)封鎖,我國民機制造必須自立自強。通過技術(shù)創(chuàng)新,我們實現(xiàn)了大型民用飛機復合材料機體部件裝配自動化技術(shù)‘從0到1’的突破。”
攻關(guān)難點丨以自動化給出解決方案
沈飛民機A04廠房內(nèi),兩條生產(chǎn)線正“嚴陣以待”。這是沈飛民機歷時10年打造的國產(chǎn)C919大型客機機體部件裝配自動化生產(chǎn)線,C919垂直尾翼和后機身就出自這兩條生產(chǎn)線。目前,沈飛民機已經(jīng)交付各部段產(chǎn)品37架份,實現(xiàn)產(chǎn)值7.8億元。
C919垂直尾翼和后機身采用復合材料結(jié)構(gòu),裝配的難度極大。以楊五兵、賈曉亮、王超等人為主的項目團隊從5個方向開展自主研發(fā),解決了20個專項問題,突破了全三維工藝設(shè)計技術(shù),獨創(chuàng)了主副型架對接結(jié)構(gòu)工裝及裝配方法,掌握了復合材料和金屬混雜夾層制孔工藝參數(shù),在國內(nèi)首次成功使用碳纖維犧牲層控深銑切方法加工翼身對接面。形成了自主可控的裝配自動化技術(shù),大大提高了裝配效率,提升了裝配質(zhì)量。
“技術(shù)攻關(guān)的難點很多,主要在復合材料機體構(gòu)件裝配精度要求高,協(xié)調(diào)難度大;復合材料制孔過程中極易出現(xiàn)分層、劈裂、過燒等問題,加工難度非常大;翼身對接位置的犧牲層銑切加工精度要求非常高。每個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題就會導致整個機體結(jié)構(gòu)報廢,對制造準確度、裝配協(xié)調(diào)性有著極高的要求?!辟Z曉亮告訴記者,團隊進行了面向復合材料結(jié)構(gòu)的裝配協(xié)調(diào)方法的攻關(guān),突破了自動化制孔技術(shù),采用自動化技術(shù)開展全流程的自動定位、加工、對接,實現(xiàn)了零部件的自動安裝和自動運輸,自動化程度達到60%以上,結(jié)束了以往純手工的復合材料機體結(jié)構(gòu)裝配歷史。
貢獻亮點丨新技術(shù)被客戶廣泛借鑒
設(shè)計飛機壁板與飛機骨架自動對接方案的過程令項目團隊記憶猶新。賈曉亮說:“大多數(shù)情況下,飛機壁板都是在理論位置與飛機骨架對接。因為復合材料零件整體化程度高,按照傳統(tǒng)方法對接勢必會在部件中間產(chǎn)生較大的間隙,只能在每個間隙位置人工加入墊片進行補償。我們覺得這樣做,就失去了自動對接的意義?!?/p>
項目團隊自行摸索,一遍遍進行模擬仿真,開展了大量的試驗,最終設(shè)計出一套獨特的主副型架對接方案,配合自主設(shè)計的自調(diào)整可伸縮吸盤結(jié)構(gòu),取得了對接過程中壁板與骨架貼合間隙最小化的效果,間隙精度達到0.2毫米。這項新技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,也是國內(nèi)首次采用。在首架C919大型客機進行對接驗證時,沈飛民機交付的機體構(gòu)件所有貼合間隙全部滿足圖紙要求,不用再單獨加墊?!拔覀兂晒α?,在這一點上實現(xiàn)了技術(shù)超越,每名參研人員都十分激動。這是一項引以為傲的技術(shù)亮點,被我們的客戶廣泛借鑒。”賈曉亮說。
抓牢熱點丨做優(yōu)做強復材構(gòu)件裝配
沈飛民機打造的C919垂直尾翼的翼展為7米,后機身的直徑為3米。這種大尺寸的復合材料機體構(gòu)件在國內(nèi)民機領(lǐng)域?qū)儆谑状螒谩YZ曉亮介紹,航空制造業(yè)飛機機體結(jié)構(gòu)部件材料中,復合材料占比逐步增大。此前的一些支線客機復合材料占比在8%左右,C919大型客機達到12%,未來研發(fā)的CR929大型客機的復合材料用料占比將達到50%以上。
“大型飛機機體結(jié)構(gòu)使用復合材料的比例大幅加大,對沈飛民機來說是發(fā)展的機遇。我們承接C919垂直尾翼和后機身,是主要采用復合材料制備的部段。我們擁有先進的裝配自動化技術(shù),有著裝配全流程的經(jīng)驗,有能力向承接復合材料機身裝配等方向拓展?!辟Z曉亮認為,未來航空制造業(yè)發(fā)展,復合材料、自動化、智能化是不可逆的趨勢。沈飛民機項目團隊在逐漸提高裝配自動化程度的同時,要深入探索智能制造賦能裝配自動化,爭當大型民機復合材料創(chuàng)新應用的先鋒。