对未来发展的思考
首先,随着复合材料在飞机结构上所占比重的不断提高,其应用范围也从次承力构件扩展到主承力构件,但复合材料在结构装配连接方面的问题也逐渐突出。复合材料结构的装配涉及复合材料-复合材料、复合材料-金属材料之间的连接,与金属材料相比,复合材料层间强度低,抗冲击能力差,因此,其装配连接难度大,技术要求高。在复合材料结构装配过程中,铆接仍是其采用的主要机械连接方式之一,但由于普通铆接中钉杆膨胀不均,易造成结构损伤和孔壁接触受力不均,导致应力集中而加速疲劳破坏,所以实际生产中多采用间隙配合并限制干涉配合。有研究表明,适量的干涉能有效提高复合材料结构的连接强度和使用寿命,国内外在这方面开展研究已有多年,但由于连接工艺不成熟,国内飞机在制造过程中一般仍采用间隙配合,因此,探索研究复合材料干涉配合连接机理、理想干涉量和干涉均匀性的控制方法以及疲劳损伤特性,对提高复合材料结构的装配质量至关重要。
第二,飞机装配中遇到的主要问题是薄壁件的易变形以及产品在装配过程中的尺寸变化,在多阶段装配工艺过程中,连接外力引起的装配变形易导致产品的几何尺寸超差。以壁板自动钻铆过程为例,其装配过程属于增量式自动铆接过程,最终的装配变形是壁板在一定的约束条件下,由大量单点铆接引起的变形传递、耦合和累积的结果,目前对单个铆钉的铆接变形研究较多,而对多钉连接作用下的变形涉及较少。影响增量式铆接变形的因素众多,耦合作用明显,但其应力应变场分析仍是关键,从单钉连接到增量式铆接下的应力应变场耦合规律研究和残余应力场作用下的变形分析将是难点。对于薄壁件装配变形的控制方法,目前研究主要集中于定位布局优化、工装结构设计、装夹力大小及顺序优化、工艺参数优化和装配顺序优化等方面,其中工装结构设计、定位布局一般依赖于经验,工艺参数优化和装配顺序优化可作为未来研究的重要方面。
第三,先进连接方式和新材料在飞机制造中的应用,极大地促进了飞机使用性能的提高,但也会导致原有的连接设备和工艺不再适用,因此,必须采用更为先进的自动化连接设备和工艺才能保证装配质量和装配效率,如电磁铆接技术。电磁铆接作为一种新的连接工艺,对保证干涉配合连接中干涉量的均匀性具有很大的技术优势,能够极大提高连接寿命。国外各航空公司已广泛应用美国Electroimpact公司的电磁铆接设备,包括手持式和自动化的电磁铆接设备。电磁铆接