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【创新沈阳 创赢未来】沈飞民机:争当大型民机复合材料创新应用先锋

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在2021年度辽宁省科学技术奖获奖名单中,荣获科技进步一等奖的“大型民用飞机复合材料机体部件装配自动化技术”项目,因大型民用飞机、复合材料、自动化等字眼而格外引人注目。8月9日,在中航沈飞民用飞机有限责任公司(以下简称沈飞民机)A04厂房,该项目团队主要负责人之一、沈飞民机副总工艺师贾晓亮说:“面对市场竞争和国外的技术封锁,我国民机制造必须自立自强。通过技术创新,我们实现了大型民用飞机复合材料机体部件装配自动化技术‘从0到1’的突破。”

攻关难点丨以自动化给出解决方案

沈飞民机A04厂房内,两条生产线正“严阵以待”。这是沈飞民机历时10年打造的国产C919大型客机机体部件装配自动化生产线,C919垂直尾翼和后机身就出自这两条生产线。目前,沈飞民机已经交付各部段产品37架份,实现产值7.8亿元。

C919垂直尾翼和后机身采用复合材料结构,装配的难度极大。以杨五兵、贾晓亮、王超等人为主的项目团队从5个方向开展自主研发,解决了20个专项问题,突破了全三维工艺设计技术,独创了主副型架对接结构工装及装配方法,掌握了复合材料和金属混杂夹层制孔工艺参数,在国内首次成功使用碳纤维牺牲层控深铣切方法加工翼身对接面。形成了自主可控的装配自动化技术,大大提高了装配效率,提升了装配质量。

“技术攻关的难点很多,主要在复合材料机体构件装配精度要求高,协调难度大;复合材料制孔过程中极易出现分层、劈裂、过烧等问题,加工难度非常大;翼身对接位置的牺牲层铣切加工精度要求非常高。每个环节出现问题就会导致整个机体结构报废,对制造准确度、装配协调性有着极高的要求。”贾晓亮告诉记者,团队进行了面向复合材料结构的装配协调方法的攻关,突破了自动化制孔技术,采用自动化技术开展全流程的自动定位、加工、对接,实现了零部件的自动安装和自动运输,自动化程度达到60%以上,结束了以往纯手工的复合材料机体结构装配历史。

贡献亮点丨新技术被客户广泛借鉴

设计飞机壁板与飞机骨架自动对接方案的过程令项目团队记忆犹新。贾晓亮说:“大多数情况下,飞机壁板都是在理论位置与飞机骨架对接。因为复合材料零件整体化程度高,按照传统方法对接势必会在部件中间产生较大的间隙,只能在每个间隙位置人工加入垫片进行补偿。我们觉得这样做,就失去了自动对接的意义。”

项目团队自行摸索,一遍遍进行模拟仿真,开展了大量的试验,最终设计出一套独特的主副型架对接方案,配合自主设计的自调整可伸缩吸盘结构,取得了对接过程中壁板与骨架贴合间隙最小化的效果,间隙精度达到0.2毫米。这项新技术处于国内领先水平,也是国内首次采用。在首架C919大型客机进行对接验证时,沈飞民机交付的机体构件所有贴合间隙全部满足图纸要求,不用再单独加垫。“我们成功了,在这一点上实现了技术超越,每名参研人员都十分激动。这是一项引以为傲的技术亮点,被我们的客户广泛借鉴。”贾晓亮说。

抓牢热点丨做优做强复材构件装配

沈飞民机打造的C919垂直尾翼的翼展为7米,后机身的直径为3米。这种大尺寸的复合材料机体构件在国内民机领域属于首次应用。贾晓亮介绍,航空制造业飞机机体结构部件材料中,复合材料占比逐步增大。此前的一些支线客机复合材料占比在8%左右,C919大型客机达到12%,未来研发的CR929大型客机的复合材料用料占比将达到50%以上。

“大型飞机机体结构使用复合材料的比例大幅加大,对沈飞民机来说是发展的机遇。我们承接C919垂直尾翼和后机身,是主要采用复合材料制备的部段。我们拥有先进的装配自动化技术,有着装配全流程的经验,有能力向承接复合材料机身装配等方向拓展。”贾晓亮认为,未来航空制造业发展,复合材料、自动化、智能化是不可逆的趋势。沈飞民机项目团队在逐渐提高装配自动化程度的同时,要深入探索智能制造赋能装配自动化,争当大型民机复合材料创新应用的先锋。

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