飛機技術論文
飛機***aeroplane,airplane***是指具有一具或多具發動機的動力裝置產生前進的推力或拉力，在大氣層內飛行的重於空氣的航空器。小編整理的，希望你能從中得到感悟!
篇一
飛機制冷技術發展
【摘 要】20世紀40年代以來，飛機制冷技術隨著飛機工業的蓬勃發展也取得了長足的發展，從最初的簡單式空氣迴圈制冷發展到多種升壓迴圈制冷，從單一的空氣迴圈制冷發展到空氣/蒸發迴圈組合製冷，從發動機引氣製冷發展到電動環境控制系統的無引氣製冷。但我國較國外發展現狀還距有較大差距，本文通過敘述飛機制冷技術的發展過程，希望為我國的航空製冷技術的發展添磚加瓦。
【關鍵詞】飛機制冷技術 空氣迴圈制冷 蒸發迴圈制冷 電動環境控制
自20世紀40年代以來，由重量較輕的透平渦輪和高效緊湊式換熱器組成的空氣迴圈制冷系統以其體積小、重量輕、結構簡單、製冷量易調節和易維護等特點，成為飛機制冷系統的最佳選擇。空氣迴圈制冷技術經過數十年的發展，經歷了簡單迴圈制冷、升壓式二輪、三輪、四輪等多種升壓迴圈制冷。到了上世紀70年代之後，機載蒸發迴圈制冷取得了技術突破， 蒸發迴圈系統首先在電子裝置吊艙的冷卻中取得應用 ，而後，蒸發迴圈制冷技術開始應用於直升機，再經過數十年的研究積累，蒸發迴圈制冷技術終於應用於軍用戰鬥機。在多電/全電飛機發展的思想指引下，多電飛機取得了技術突破，無引氣的電動環境控制系統在民用客機上得到了應用。
1簡單式迴圈制冷系統
簡單式空氣迴圈制冷系統由熱交換器和高速渦輪組成，系統結構簡單，重量較輕。其工作原理是從發動機壓氣機引出的高溫高壓空氣，經過壓力調節裝置後，流入熱交換器，散熱給衝壓空氣實現冷卻，然後進入冷卻渦輪通過膨脹冷卻進一步降溫，最後供給座艙進行溫度調節，原理圖見圖1。系統中渦輪所驅動的風扇只單純作為耗能和抽風的工具，不具有增壓功能，所以系統的供氣壓力不能太低。也正由於風扇的抽吸作用，使得飛機在地面停機狀態下，系統同樣有冷卻作用。簡單式迴圈制冷系統具有以下特點：***1***風扇在渦輪輸出功的驅動下，對熱交換器冷邊的衝壓空氣產生抽吸，加大了冷邊衝壓空氣流速、流量，提高了換熱器的換熱效率;***2***冷卻渦輪和換熱器的安裝不需要成對組裝，二者在飛機上設計部位比較靈活;***3***發動機引氣壓力對渦輪通風式製冷系統的影響較大，因而系統製冷量會隨著發動機在高空引氣壓力的降低而變小;***4***由於風扇直接在大氣條件下工作，空氣密度隨著飛行高度的增加而變小，風扇端負荷也相應減小，使渦輪轉速增快，達到某一高度時渦輪會超轉，這使得渦輪通風式製冷系統的使用高度受到限制。簡單式空氣迴圈制冷系統被許多機種，尤其是軍用機上，得到了廣泛應用。如英美的F101、F-5E等戰鬥機、B-52、B-57等轟炸機、慧星4C旅客機，蘇聯早期的各種機型大部分都採用了這種系統。
2升壓式空氣迴圈制冷系統
升壓式空氣迴圈制冷系統又可稱為渦輪壓氣機制冷系統。其基本形式如圖2，它由初級熱交換器、次級熱交換器和渦輪壓氣機元件等組成。升壓式製冷系統原先用於活塞式飛機，其增壓源為發動機驅動的離心式或羅茨型壓縮機。這種增壓源出口壓力較低。為了保證座艙增壓和獲得足夠的冷卻能力，將增壓源供出的空氣用冷卻渦輪驅動的壓氣機進一步壓縮，再通過是間冷卻器，送至冷卻渦輪製冷。此時渦輪膨脹比較大，故溫降也較大。
與渦輪通風式製冷系統相比，升壓式製冷系統的缺點是：飛機在地面停機狀態或起飛滑跑時，系統製冷能力很小。克服這一缺點有兩個方法：一是用電機傳動或渦輪驅動專用通風機，二是從發動機壓氣機直接引氣的引射器，引射冷卻空氣。
在英美飛機，尤其是旅客機上，升壓式製冷系統被廣泛應用。除了旅客機，這種製冷系統也廣泛地應用於戰鬥機F-14、轟炸機B-1等機型。
3三輪升壓迴圈制冷系統
為了彌補二輪升壓式製冷系統地面製冷能力差的缺點，人們開始分析制約二輪升壓式製冷能力。研究發現：二輪升壓式製冷渦輪在地面雖有製冷能力，但迴圈效率非常低，渦輪發功的功率只有15%用於驅動冷卻空氣風扇，其餘功能不僅被浪費，而且會導致冷卻空氣壓力和溫度升高，不利於製冷效率。為提高升壓式製冷系統效率，人們將升壓式和簡單式組合起來，構成升壓式-渦輪通風式組合製冷系統。這類系統被稱為三輪升壓式空氣迴圈制冷系統，它的基本形式和工作原理如圖3，其結構特點是：冷卻空氣風扇和升壓式壓氣機安裝在一根軸上，用渦輪來驅動。三輪升壓式空氣迴圈制冷系統的特點是：***1***供氣壓力小，節省功率，而且彌補了二輪升壓式製冷系統地面製冷能力差的缺點;***2***由於升壓式壓氣機吸收了大部分***85%左右***渦***率，故還可以防止製冷裝置過速。三輪式製冷系統是空氣迴圈制冷系統的一次重要革新，它在現代旅客機上得到了廣泛應用，例如波音-747和DC-10等。
4四輪渦輪升壓迴圈制冷系統
四輪升壓迴圈系統是在三輪升壓迴圈系統的增加了第二級渦輪改進而來的。如圖4實際工作過程中，第一級渦輪出口的溫度可控制在零點以上，這樣有效防止了換熱器結冰，同時更好地降低了供給座艙的供氣溫度，增強了系統的製冷能力。表1是三輪系統與輪系統主要部件的重量。從表中可看出，四輪系統的總重要比三輪系統輕27kg。
四輪迴圈系統比三輪系統有著更更高的迴圈制冷效率、更強的製冷能力和更高的可靠性，在大飛機環控系統中具有很廣闊的應用前景。波音B777與空客A380旅客機採用這種新型四輪升壓迴圈系統。
5蒸發迴圈制冷系統
航空電子電子裝置吊艙體積小、熱載荷大，單位面積熱注密度大，為了滿足其冷卻需求，上世經70年代美國開始研製機載蒸發迴圈制冷系統用於電子吊艙的冷卻，系統的製冷量大約為3kW～5kW量級。由於機載蒸發迴圈制冷技術的進步、密封工藝水平的提高，使其具備了在固定翼飛機上裝機使用的條件。目前採用蒸發迴圈制冷技術最成熟的案例就是美國最先進的戰鬥機F-22飛機，該機採用蒸發迴圈制冷和空氣迴圈制冷相組合的方法去實現座艙和電子裝置的冷卻：F-22飛機如圖5包括兩個分離的電子艙及一個座艙，電子艙l***熱負荷較大，約為50kW***採用蒸發迴圈制冷的液體冷卻方式，電子艙2***熱負荷小，約為5kW***和座艙***熱負荷約為5kW***則採用空氣迴圈制冷。
6多電飛機制冷系統
由於多電環控系統的技術發展，在商用客機的環控系統上開始出現了電動環境控制系統。"夢幻客機"波音787是第一個使用電動環境控制系統的大型商用飛機。該機在環控系統方面應用了四項新技術：第一項是取消從發動機引氣;第二項是採用新型數字式座艙壓力調節系統;第三項是選擇了新型電熱機翼防冰系統;第四項是採用電動環控系統。在這四項新技術中，最具影響的技術革新是它取消了發動機引氣。取消發動機引氣的電動環境控制系統在飛機設計佈局中具有更大的靈活性和更強的適應能力，並提高發了發動機的熱力迴圈效能。圖6是電動環境控制系統示意圖。未來多電/全電大型飛機發展過程中，無引氣的電動環境控制系統必將是環境控制系統的發展方向。
7結語
航空製冷技術經過70多年的發展，取得了非凡的成績：空氣迴圈制冷技術日益完善，代償損失進一步降低，製冷效能進一步提高;機載蒸發迴圈制冷取得了巨大進步，已經成功應用於戰鬥機;多電技術的新發展，使得無引氣多電環境控制系統成功裝機驗證，取得了非常好的效果。我國較國外發展現狀還距有較大差距，為了加快我國的航空製冷技術發展，筆者提出幾點建議：***1***在直升機製冷方案設計中，優先考慮機載蒸發迴圈制冷，加強機載壓縮機、高效緊湊式換熱器的研發攻關;***2***在下一代先進戰鬥機製冷方案規劃中，重點考慮空氣迴圈-蒸發迴圈相結合的方案，減少衝壓空氣的應用，合理規劃好燃油冷沉的應用;***3***在民用客機制冷技術發展中，以多電***全電***飛機發展為方向，進行閉式迴圈制冷技術研究，研發出我國自己的電動無引氣環境控制系統。
參考文獻：
[1] 李武奇，唐伯清，張均勇，張小松.蒸汽壓縮式製冷系統在航空中的應用.飛機設計，2008.4：73-76.
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篇二
淺談飛機柔性裝配技術
【摘 要】本文結合國內現階段飛機生產裝配情況，並與國外先進裝配工藝進行比較，探討了飛機數字化生產階段採用柔性裝配技術的優勢與發展前景。
【關鍵詞】數字化;柔性化裝配;技術
0 背景
飛機裝配是將大量零件按圖紙進行定位與連線的過程，是飛機制造的重要環節之一，其工作量約佔整個飛機制造勞動工作量的一半左右。在傳統的飛機裝配過程中，需要用特定的工裝型架來保證裝配精度，由於飛機氣動外形的差異，導致型架是唯一的。
伴隨使用者需求的不斷變化與豐富，飛機裝配生產線也將越來越“豐富”。傳統的“硬性”裝配生產線在未來將受到挑戰，這種“一對一”的裝配模式，其配套專用型架的設計、生產和調試周期很長，且體積大、成本高、佔地面積大，不利於產品的研製與快速佈局生產。
隨著近年來飛機設計行業內數字化、資訊化的推進，越來越多的零件將拋開傳統的基於模線樣板的模擬量傳遞走向數字化資訊傳遞之路。而採用傳統的型架進行人工裝配的方式，自動化和柔性化水平低，已無法滿足精確化製造裝配的要求。
1 國內外研究現狀
飛機的數字化裝配技術於20世紀90年代在歐美等航空製造業發達國家開始使用，柔性裝配技術是近幾年才逐漸在航空製造業開始研究和部分應用於生產。國外飛機制造技術表明，採用柔效能夠裝配是縮短生產週期，降低生產成本的有效措施。它能克服傳統飛機制造業模線-樣板法在模擬量協調體系下需要大量實物工裝且應用單一，製造週期長，費用高，廠房利用率低等缺點，它通過與柔性工裝、自動化制孔裝置、數控鑽鉚或自動鉚接等裝置的整合可組成自動化，數字化的柔性裝配系統，能明顯縮短裝配週期，提高和穩定裝配質量。
據悉，在裝配中使用了體現柔性工裝特點的龍門鑽削系統技術的X-35戰機，其製造週期縮短了三分之二，工裝由350件減少至19件，製造成本降低了一半。其採用的鐳射定位，電磁驅動能實現精密制孔，不僅能降低鑽孔出錯率，而且大大降低了工具和工裝。
目前，北航與沈飛合作，在國內研製出首個針對壁板類元件的柔性裝配工藝裝備―數控柔性多點裝配型架。哈飛也引進了能柔性夾持的複合材料銑切裝置，並得到應用。國內關於柔性裝配的研究與應用還不是很廣泛。
2 飛機柔性裝配技術的應用
柔性裝配技術範疇很廣，涵蓋了柔性裝配工裝，柔性制孔，裝配系統、裝配設計，虛擬裝配，裝配整合管理，數字化檢測，面向柔性裝配的設計技術等領域。本文僅從柔性裝配工裝，柔性制孔等幾個方面做出簡要介紹。
2.1 柔性裝配技術
柔性裝配技術是基於產品數字量尺寸協調體系的可重組的模組化、自動化裝配工裝技術，其目的是免除設計和製造各種零件裝配的專用固定型架、夾具，可降低工裝製造成本，縮短工裝準備週期、減少生產用地，同時大幅度提高裝配生產率。
柔性工裝技術在國外飛機各級裝配中都得到廣泛應用，無論是壁板類元件的裝配還是機身機翼等大部件的裝配，直至最後部件級別的對接，都應用了大量的柔性裝配工裝。柔性裝配工裝的型別包括用於壁板類元件裝配的多點陣真空吸盤式柔性裝配工裝、用於機翼翼樑和機翼壁板裝配的確定性裝配工裝，用於機身部件裝配的分散式柔性裝配工裝，以及大部件對接的自動化對接平臺等幾類。
現代飛機蒙皮主要以鋁製鈑金件為主，典型結構是由蒙皮和框緣、補償片裝配而成的壁板。壁板外形雖然複雜，但多數可有貝賽爾曲線擬合得出。若壁板為剛體，則可採用三點定位便可以滿足裝配要求，但是飛機鈑金件剛性查，若要滿足裝配要求，必須採用更多定位點。當定位點足夠多時，原則上壁板外形是可控的。多點陣成型真空吸附式萬能吸盤柔性工裝系統就是用這種原理製造的，它帶有一組真空吸盤立柱陣列，模組化的立柱可由程式控制三維移動到任意空間位置定位，形成與裝配曲面完全符合並均勻分佈的吸附點陣，能精確夾持和固定壁板以便完成鑽孔、鉚接和銑切等工作。當壁板外形發生變化時，柔性工裝的外形和佈局能自動進行調整。通過改變定位和夾緊位置，可以適應不同零部件結構和定位夾緊要求，從而降低綜合成本，縮短工裝準備時候和產品研製週期。
框樑類的零件，通常剛度比較大，可藉助零件上的自我特徵，比如孔、面等，進行自我定位，進而能簡化工裝的需求。這便是確定性裝配***Determinant Assembly***確定性裝配式一中無工裝夾具飛機裝配技術，也屬於柔性工裝範疇。為減少和減少工裝，確定性裝配使用零件自我特徵來定位，免去了墊片、裝配後的返修。零件剛度從某種意義上來講決定了零件精度，要藉助零件特徵進行定位，就必須有足夠剛度的精密零件的支援骨架，理論上講零件有了符合精密尺寸的關鍵特徵就可以用來互相配合。按照波音公司的定義，確定性裝配有一下特徵：①利用零件或元件關鍵特徵之間的空間關係;②關鍵特徵在數字化設計時進行定義;③關鍵特徵藉助於精確的數控機床在適當的時間用於零件的製造和裝配過程;④裝配件不是工裝，而是依照工程設計來進行製造;⑤取消了複雜的工裝。
部件類零件的裝配，通常選取主要的結構交點、重要部位外形，測量點對部件進行姿態控制，傳統的對接平臺可以被由計算機控制的自動化千斤頂、鐳射定位跟蹤系統，鐳射垂直定位系統等組成的柔性對接平臺取代。這項技術能大幅提高裝配質量，節省對接時間。
2.2 柔性制孔技術
目前國內外採用的自動化柔性制孔裝置有：自動鑽鉚機器、機器人制孔系統、柔性制孔系統等。
現代飛機對氣動外形要求非常嚴格，在技術條件中甚至對埋頭鉚釘突出蒙皮的高度都有要求。採用人工鑽鉚，工藝順序為：畫線→鑽孔→粗絞→精絞→分離清理等，此過程耗時，孔位精度差，鉚接質量不能穩定保持。而柔性化自動鑽孔技術可以實現孔位，進給量的精確控制，自動鑽鉚機能一次性的完成夾緊、鑽孔、鍃窩、注膠、放鉚和銑平等工序，一次進能鑽出0.005mm內的高精度孔，又能將埋頭窩和深度控制在0.01mm內。由於鑽孔時鉚接件處於高夾緊力下，層間不會產生毛刺和孔壁劃傷，能有效減少疲勞源。但是由於自身結構限制，自動鑽鉚機多數用於壁板類零件。
機器人制孔系統國外多有應用，如C-130飛機樑腹板用機器人自動鑽孔，波音的F-18後沿襟翼機器人制孔系統。
3 未來展望
柔性裝配技術的應用時當前國內外飛機制造業數字化製造的大趨勢，可以預見，柔性裝配技術的推廣將大大提高我國航空製造業水平，將強力的推進我國邁向航空強國的步伐。
【參考文獻】
[1]郭恩明.國外飛機柔性裝配技術[J].航空製造技術，2005***9***.
[2]範玉青.現代飛機制造技術[J].北京航空航天大學，2001.