Технологичность наружных обводов и членение планера.

 

Технологичность самолетов в значительной степени определяет­ся рациональным выбором аэродинамических обводов, к которым предъявляются следующие требования:

1) простота аэродинамических форм агрегатов планера и всех входящих в конструкцию планера элементов.

2) максимальное применение поверхностей одинарной кривизны, т.е. поверхностей с прямолинейными образующими, которые обеспе­чивают:

- простоту, точность и оперативность выполнения геометрических расчетов, в том числе расчетов геометрической информации о кон­турах и поверхностях при подготовке управляющих программ для оборудования с ЧПУ при автоматизированном изготовлении плазов и обводообразующей оснастки;

 

Рис. 1.6. Технологический разъем: 1 – стрингер, 2 – обшивка,, 3 -плоскость стыка, 4 – фитинг, 5 – подкладка.

 

 

 

- высокую точность и простоту выполнения плазовой проработки агрегатов. В случае линейчатой поверхности, заданной двумя ее плоскими сечениями, контуры всех промежуточных сечений могут быть определены простейшим расчетом или графическим построением по одной проекции.

3) максимальное применение цилиндрических поверхностей (круг­лые и некруглые цилиндры).

4) обеспечение высокой преемственности аэродинамических форм агрегатов планера, что позволяет значительно сократить объем и трудоемкость изготовления плазов и обводообразующей оснастки и, кроме того, вторично использовать ранее, изготовленную оснастку. Одним из проявлений технологичности является членение самолета, т.е. разделение его конструктивными, эксплуатационными и технологи­ческими разъемами и стыками на агрегаты, отсеки, секции, узлы и детали.

Разъем - соединение, позволяющее некоторое перемещение или полное отсоединение одного агрегата (узла) от другого без повреждения основных крепежных элементов конструкции.

Стык - любое неразъемное соединение, не позволяющее отсоединять один узел (секцию, отсек) от другого без повреждения основных и крепежных элементов конструкции.

Конструктивными называются разъемы и стыки, обусловленные раз­личием в функциональном назначении отдельных элементов планера или особенностями их конструкции.

Эксплуатационными называются разъемы, определяемые требова­ниями эксплуатации - транспортировки, замены отдельных частей планера, двигателя, оборудования и др.

Технологическими называются разъемы и стыки, определяемые тре­бованиями независимого и параллельного изготовления отдельных частей самолета (рис. 1.6).

Применение конструктивных, эксплуатационных и технологических разъемов и стыков определяется тем, какие требования при члене­нии приняты за основные. Возможно совмещение конструктивных, эксплуатационных и технологических разъемов и стыков, что способ­ствует уменьшению массы конструкции деталей и сборочных единиц.

Создание "интегральных" конструкций агрегатов без эксплуатацион­ных разъемов приводит к уменьшению количества стыков и деталей крепления, что в свою очередь улучшает массовые характеристики самолета. В то же время большая монолитность конструкции, как и мелкое членение, могут быть при определенных условиях неэффектив­ными с точки зрения технологических, экономических или организационных требований. Применяя тот или другой разъем, необходимо помнить о том, чтобы были обеспечены требования взаи­мозаменяемости агрегатов и повышение производительности труда. При проектировании конструктивно-эксплуатационных разъемов (КЭР) необходимо руководствоваться тем, что уровень их взаимозаменяе­мости определяется:

- видом разъема (фланцевый, ушковый, телескопический, ленточный, шарнирный, шлицевой, цапфовый);

- формой контура стыкуемых агрегатов (круглые, прямоугольные, эллиптические);

- расположением плоскости разъема (прямые, наклонные, ломаные, ступенчатые);

- возможностью регулирования положения элементов разъема.

При выборе разъема следует руководствоваться этими требованиями к конструкции, направленными на обеспечение их взаимозаменяемости и достижения высоких технико-экономических показателей.

Наибольшее распространение получили следующие конструкции: вильчатые, фланцевые, телескопические, ленточные, цапфовые, шлицевые и комбинированные. Каждая из этих групп отличается характе­ром передачи сил и моментов от одного агрегата к другому, конст­рукцией базовых поверхностей, по которым ориентируются и собирается агрегаты, а также технологическим процессом их сборки.

Вильчатые разъемы и стыки состоят из нескольких элементарных узлов и используются для соединения рулей высоты, лонжеронов с отсеками или агрегатами (рис. 1.7).

	Рис.1.7. Вильчатый стык

 

Базами узлов разъемов и стыков при соединении агрегатов служат отверстия под стыковые болты и пазы в вилках. Элементарные узлы в вильчатых разъемах обычно располагают на одной оси. Может быть четыре узла и более. Положение базовых поверхностей в разъеме или стыке может быть регулируемым и нерегулируемым. Изменение поло­жения деталей (болтов, элементов подшипников) способствует более равномерной передаче нагрузок от одного агрегата к другому.

 

Рис.1.8. Фланцевый стык: 1 – болты; 2 – стенка; 3 – профиль; 4 - плоскость стыка

Фланцевые стыки применяются для соединения отсеков и агрегатов планера и крепления к элементам планера приборов и оборудования (рис. 1.8.).

 

 

В зависимости от конструктивного выполнения фланцевого стыка ба­зами являются отверстия под стыковые болты при посадке болтов в отверстия с натягом, отверстия под штифты или выточка во фланце. При установке болтов с натягом перерезывающие силы и усилие от крутящего момента воспринимаются болтами при их работе на срез. Положение базовых поверхностей фланцевых стыков не регулируется, поэтому для обеспечения взаимозаменяемости соединимых агрегатов при изготовлении базовых поверхностей требуется применение высо­коточной технологической оснастки и оборудования.

Телескопические стыки применяются для соединения отсеков фюзеляжа, крепления концевых обтекателей крыла, соединения каналов воздухозаборников (рис.1.9.).

Рис. 1.9. Телескопический стык: 1- -отсек А, 2 – отсек Б

Крепление элементов стыка между собой может быть выполнено с помощью болтов или резьбы. В первом случае имеет место телескопическое соединение с болтовыми сты­ками, а во втором - с резьбовыми.

1 1

 

 

Ленточные стыки применяются для крепления концевых обтекате­лей крыльев и оперения, соединения каналов воздухозаборников, а иногда и для соединения отсеков крыльев, стабилизатора (рис.1.10)

Базами стыковки отсеков являются поверхность контура и базовые отверстия. Стык является не технологичным, так как положение базовых отверстий не регулируется.

Цапфовые разъемы применяются для крепления шасси к планеру, двигателей к узлам или рамам, соединения элеронов и рулей с крыль­ями и оперением.

Рис. 1.10. Ленточный стык: 1 – отсек А, 2- отсек Б, 3 – лента (накладка)

Базовыми поверхностями являются стенки цапфы и плоскость ее торца, положение этих поверхностей может быть регулируемым и нере­гулируемым. Регулировка положения базовых поверхностей цапфового разъема осуществляется изменением эксцентриситета цапф относитель­но вала.

Шлицевые разъемы применяются для соединения фонаря кабины лет­чиков с фюзеляжем, установки посадочных и тормозных щитков на крыле, а также дверей и кресел на рельсах. Такие разъемы представ­ляют собой роликовые подшипники, в которых базовыми поверхностя­ми являются поверхности рельса коробчатого или таврового сечения.

Комбинированные разъемы отличаются, тем, что состоят из различных по конструкции элементарных узлах. В стыках этой группы при передаче усилий от одного агрегата к другому часть болтов рабо­тает на срез, а часть - на растяжение, поэтому обеспечение взаимозаменяемости по элемен­там стыков и разъемов в условиях серийного производства трудоемко и дорого, уровень механизации работ низок. Для высококачественного соединения по стыку или разъему необходимо обеспечить совмещение по узлам, внешним сопрягаемым поверхностям и разъемам коммуника­ций самолета. Обеспечение высоких требований по точности при неиз­бежных деформациях и погрешностях увязки является сложной задачей, требующей большого количества технологической оснастки, много­операционного технологического процесса и привлечение рабочих высокой квалификации.

Повышение технологичности разъемов уменьшает затраты труда, сокращает цикл производства стыковочных работ и обеспечивает взаимозаменяемость агрегатов.

Качество и надежность болтовых соединений во многом зависит от правильного выполнения предварительной затяжки болта гайкой, которая обеспечивает жесткость соединения, одновременное вклю­чение в работу всех болтов, ликвидацию зазоров между деталями сты­ка, вызывающих дополнительные изгибающие усилия болта. Усилие затяжки болта должно быть оптимальным и не превышать допустимого, которое задается технологическими условиями. Для обеспечения рав­номерной затяжки болтов применяют тарированные ключи. Технологи­ческий процесс затяжки при этом включает навертывание гайки вручную или пневматическим устройством с последующей затяжкой ключом, оттарированным на заданный момент затяжки.

Разъемы можно считать технологичными, если при их конструктировании обеспечиваются следующие условия:

1) наличие свободных подходов к различным точкам разъема для механизации технологического процесса его выполнения. Это снижает деформации в зоне разъема и позво­ляет предусматривать необходимый порядок выполнения соединений;

2) полная взаимозаменяемость, т.е. замена разъема без дора­ботки и подготовки. Соединение коммуникаций в разъемных необхо­димо выполнять с применением компенсаторов в виде регулируемых резьбовых гибких телескопических соединений, шлангов, петель и др;

3) возможность соединений агрегатов и секций по разъемам без применения стыковочных стендов и приспособлений. Для этого кон­струкция в зоне разъема должна обладать жесткостью, позволяющей сохранять заданные в пределах установленных допусков геометри­ческие размеры. Жесткость разъема должна позволять при необходимости исполь­зовать упругую компенсацию, т.е. эффект силового замыкания соп­рягаемых узлов по поверхности и отверстиям. Конструкция разъема, как правило, должна предусматривать наличие шести базовых точек, определяющих взаимное расположение агрегатов при стыковке;

4) конструкция разъема должна быть выполнена с учетом обес­печения минимального объема работ по герметизации. Конструктор и технолог, осуществляя выбор и разработку варианта стыка или разъема, должны добиваться приближения конструктивно-технологи­ческих параметров к их оптимальным значениям.

Самолетные агрегаты в отличие от изделий общего машинострое­ния не обладают высокой степенью жесткости и являются упругими пространственными конструкциями.

Разработка технологических методов и средств обеспечена взаимозаменяемости агрегатов начинаете на стадии проектирования самолета и продолжается при запуске в серийное производство, т.е. при разработке технологии изготовления оснаст­ки и инструмента. Для обеспечения эффективности производства и эксплуатации планер самолета расчленяется на агрегаты, секции, панели и узлы. При проектировании, разрабатывая схему членения самолета в целом, согласно которой составляется технологическое описание самолета и агрегата, разрабатываются технологические условия на приемку агрегатов от цехов-изготовителей и заводов, а также проводятся работы по определению номенклатуры и числа жестких носителей форм и размеров для разъема и стыков агрегатов.

Разрабатывается схема сборки, которая определяет порядок сборки и является основным исходным документом для разработки технологических требований на детали и узлы, панели и отсеки на отдельных этапах сборки.

В промышленности получили распространение панелированния и непанелированная схема сборки.

При панелированной схеме сборка ведется в строгой последова­тельности. Для каждой сборочной единицы (узла, панели, отсека) изготовляется сборочное приспособление. Сборка ведется широким фронтом с использованием механизированного и автоматизированного оборудования.

При непанелированной схеме сборка производится из отдельных деталей и незначительного числа узлов, без стадии сборки панелей и отсеков. Сборка выполняется на стапелях большим числом испол­нителей.

В серийном производстве используют в основном панелированную схему сборки. Для обоснования целесообразности применения различных способов членения на основании расчетов строят гра­фики, показывающие изменения рабочих площадей, стоимости оснас­тки, трудоемкости выполняемых работ. По таким графикам обосно­ванно устанавливают степень членения на агрегаты, отсеки, панели, узлы и детали.

Под агрегатом понимают законченные в конструктив­ном и технологическом отношении наиболее крупные части самолета, выполняющие ряд функций на земле и в полете. Так, к планеру самолета относятся агрегаты: крыло, фюзеляж, стабилизатор, киль, рули, закрылки, элероны, шасси и др. Агрегаты, в свою очередь, можно разделить на отсеки; отсеки - на панели, узлы и детали; панели - на узлы и детали.

Секция агрегата или отсека представляет законченную в кон­структивном отношении часть агрегата. Секции бывают двух типов: выделяемыми из агрегата стыками или разъемами и соединенняемыми тех­нологическими стыками. Секциями являются отсеки фюзеляжа, крыла (носовая, средняя и хвостовая части), стабилизатора, киля, зак­рылка.

Панель - часть агрегата или секции, состоящая из наружного обвода самолета (обшивки) и элементов внутреннего набора, сбороч­но-монтажная единица со смонтированными приборами, аппаратурой, другими элементами оборудования и коммуникациями систем самолета. Созданию новой сборочной единицы самолета - сборочно-монтажной панели привело к совершенствованию и увеличению насыщенности обору­дованием.

Узел - элементарная сборочная единица, состоящая из деталей и представляющая часть самолета, агрегата, секции или панели. К узлам относят нервюры, шпангоуты, лонжероны, приборные доски, щитки и т.д.

Деталь - элементарная часть самолета, изготовленная из монолитной заготовки.

Отличительным признаком панелей и большинства узлов является незамкнутость их конструкции, которая позволяет обеспечивать доступ к любым их точкам. Именно эта особенность панелей и уз­лов создает возможность механизации и автоматизации сборочных работ. Этим и определяется особое значение сборочных единиц (панелей и узлов) в совершенствовании сборочных процессов сборочно-мон­тажных работ.

Под панелированием понимается технологическое слияние агре­гатов, отсеков и секций на сборные, монолитные и монолитно-сборочные панели (рис. 1.11).

Сборные панели состоят из обшивки и силовых элементов каркаса а, б, г. Монолитные панели - литые, прессованные, катаные, локально-штампованные в, д.

Монолитно-сборные панели представляют собой набор монолитных-катанных заготовок, обработанных по контуру и толщине и силового стрингерного набо­ра, соединенного специальным заклепками - стержнями на прессах за одну технологическую операцию. Такое соединение обеспечи­вает высокий ресурс и абсолютную герметичность без применения герметика.

При разработке схемы панелирования необходимо учиты­вать:

- ассортимент листов, прессованных панелей и катанных плит, поставляемых промышленностью;

- характеристики металлорежущего, заготовительно-штамповочного и клепаного оборудования.

Показателем уровня панелирования агрегата является отношение панелированной площадки ко всей его площади. Этот коэффициент при высокоэффективном конструировании близок к единице. Коли­чество панелей, на которое расчленяется агрегат, оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели произ­водства, сложность и количество сборочной оснастки, производст­венные площади, производительность труда при выполнении сборочных и монтажных работ, трудоемкость стапельных работ.

Рис. 1.11. Монолитно-сборные панели

 

На рис. 1.12 приведен график изменения коэффициента относительной трудоемкости при различных условиях сборки в зависимос­ти от числа клепаных панелей .

 

Под коэффициентом относитель­ной трудоемкости понимается отношение трудоемкости расчлененной конструкции к трудоемкости нерасчлененной конструкции. График составлен исходя из условий:

- диаметры секции приняты равными 1-6 м,

- соотношение сборочно-клепальных и монтажных работ для не­расчлененной конструкции 6-4 (60% от общей трудоемкости состав­ляют сборочно-клепальные работы и 40% - монтажные).

При проектировании агрегатов и панелей необходимо учитывать следующие технологические требования к расположению силового на­бора:

- элементы поперечного силового набора (шпангоуты, нервюры) должны располагаться в плоскости перпендикулярных продольной оси фюзеляжа, мотогондолы или оси одного из лонжеронов крыла, киля или стабилизатора (рис. 1.13)

- стрингеры и другие детали продольного силового набора фюзе­ляжа должны располагаться в диаметральных плоскостях;

- малки всех деталей поперечного силового набора должны быть постоянными вдоль контуров;

- расположение лонжеронов и стрингеров желательно производить по линиям равным процентам хорды, что обеспечивает постоянство их малок.

 

Конструктивные и эксплуатационные стыки и разъемы вызывают увеличение массы агрегатов и планера в целом. В связи с этим в ОКБ проводят работы по сокращению числа таких стыков и переходу к технологическим разъемам. Так, традиционные конструктивные разъемы консоли крыла со средней частью крыла и фюзеляжем на широкофюзеляжных самолетах Боинг 747, L -1011, ДС-10, А-ЗООВ заменены техноло­гическими, что дало заметное снижение массы с одновременным увели­чением ресурса.

Процесс сборки технологического стыка консоли крыла с фюзе­ляжем предусматривает использование стыкового стенда, который обеспечивает жесткую установку и крепление основного, базового агрегата, в нашем конкретном случае фюзеляжа, и установку консоли крыла в приспособлениях, допускающих ее перемещение и строгую фиксацию.

Для обеспечения достаточной жесткости разъема консоли крыла в процессе выполнения стыковочных работ устанавливается технологи­ческая - макетная нервюра. В качестве технологических компенсато­ров, исключающих возникновения остаточных напряжений, используются прокладки. Число прокладок, зоны их установки и толщина определяют­ся по чертежу. Окончательная жесткость технологического стыка устанавливается после завершения работ по его стыковке.