数字两机丨中国航发：航空发动机零部件数字化检测技术的应用探究

分析数字化检测技术在航空发动机零部件检测中作用的发挥，介绍其具体应用，希望能为促进航空发动机零部件整体装配质量提高及推动我国航空发动机深层次发展提供借鉴。

   

在科学技术水平不断提高的支持下，用于检测航空发动机零部件的数字化检测技术发展愈发成熟，不仅可以充分满足高质量安装发动机零部件需求，也有利于促进整体装配技术水平进一步提高，增强航空发动机运行安全性、稳定性。如何切实发挥数字化检测技术应用价值，是目前各相关人员需要考虑的问题。

1 数字化检测技术在航空发动机零部件检测中的作用

面对精密度、复杂度不断提升的航空发动机零部件，保证各零部件装配质量非常关键，在此过程中数字化检测技术的有效应用，对发动机零部件整体装配质量的提升有着关键作用。通过对航空发动机装配作业情况的调研与分析，发现各零部件装配需要耗费大量时间，整个装配作业周期极长，而装配作业质量对航空发动机整体装配效果也有着直接影响，再加上该项作业流程复杂程度较高，传统装配技术已经无法满足高精度航空发动机零部件安装要求，创新与突破关键技术瓶颈成为当下最为紧要的任务。

数字化检测技术集成了多项先进技术，具有较强的实用性，发挥数字化检测技术优势，借助其功能作用协助航空发动机零部件装配作业开展，最大限度上提高各零部件装配质量与精确度，为航空发动机安全、稳定运行提供强力技术支持，同时对促进我国航空发动机向深层次发展也起到积极推动作用。

2 航空发动机零部件数字化检测技术具体应用

2.1 技术应用案例

以航空发动机装配中一新型喷管部件应用数字化检测技术为例，相较于发动机中其他零部件，新型喷管部件结构设计复杂程度较高，由双环结构、喷管扩散段以及收敛偏转段等其他模块共同构成，各模块的组成，其功能作用主要实现同步控制对位姿动。从发动机相关操作流程来看，各个零部件功能作用均能达到相应结构设计要求，保证整体装配作业协同性、科学性，是此过程中需要给予高度重视的问题。新型喷管部件结构中的扩散段和偏转段，需要将其各个角度的实际转角参数精准标定，并以发动机作为基础轴线，与喷管轴线之间形成0°～20°的任意角度，并要保证与模型控制系统显示的给定值范围保持一致，防止给定公差超过规定要求界限。

2.2 技术检测思路确定

根据航空发动机装配作业要求，在此基础上提出与制定数字化检测技术应用实施方案，并明确检测过程中所涉及到数字化检测工艺与操作流程，以PDM（Product Data Management，产品数据管理）为载体，建立数字化工艺结构模式，直观呈现喷管虚拟装配与协同生产全过程。由于新型喷管整体结构复杂程度较高，足够的运动空间是新型喷管部件运行的关键要素，返工浪费的情况在航空发动机零部件装配与检测过程中较为常见，因此在实际检测过程中，需要确定导致返工浪费问题情况出现的干涉因素，在检测方案制定过程中，以系统平台为基础，利用虚拟装配技术对新型喷管部件检测流程与具体检测实施路径进行模拟，以模拟仿真方式发现干涉新型喷管部件装配与检测的因素，明确检测效果最佳的数字化检测技术应用实施方案[1]。在实际检测过程中，以喷管轴线为基础，通过选用激光跟踪模式实现对靶点坐标更加自由地转动，将靶点相应运行轨迹充分掌握和明确，并在此基础上建立轨迹方程，借助计算机设备完成相应计算。对比喷管360°全方位实际空间转角值和控制系统所显示的给定值二者间的偏差，将其控制在公差规定范围内、实际偏差不超过1°，从根本上保证新型喷管空间转角标定工作顺利开展。

数字化检测技术应用前提需要以数字化装配技术为支撑，数字化装备技术具备发动机零部件装配质量在线检测功能，能够帮助装配人员及时发现干涉零部件装配质量的因素，提升航空发动机整体装配效率与质量，降低高精密度设备损坏率。作为数字化检测技术应用中最为关键的一环，VA（Virtual Assembly，虚拟装配）技术是支持虚拟制造操作实现的基础，此项技术的可视化特性能够帮助装配人员对发现问题进行有效调整与改进。由于传统装配技术无法满足高精铸度发动机零部件装配要求，利用虚拟装配技术对各零部件装配流程进行仿真模拟，并结合检测结果快速发现潜在问题，以此来提升航空发动机零部件装配工艺规划科学性，最大限度降低装配作业中操作失误概率。

2.3 检测过程中难点及解决方案制定

2.3.1 检测难点

加力筒体的安装边缘属于新型喷管原有部件结构外的机加件，剩余其他零部件均是具有高精铸度的部件，以及钣金焊接件，但这一类零部件有着明显的制造公差问题，直接影响着整个发动机运行安全性与稳定性。例如，处于运行状态下的喷管，由多种运动部件共同支撑着，避免各运动部件产生相互干涉影响是保证喷管正常稳定运行的必要条件。增强数字化检测技术应用科学性、实效性，有利于进一步提高喷管装配质量，强化装配操作规范性，为后期喷管运行提供基础保障。此方面问题成为优化数字化检测技术应用方案的难点。

另外，数字化标定360°全方位范围内任意方向空间转角值也是检测过程中需要解决的难点问题。新型喷管部件结构中扩散段在进行偏转操作时，必须要保证控制系统给定值与360°全方位范围内任意方向空间转角值二者始终保持一致。由于喷管结构特殊性，促使整个标定测距工作开展存在诸多障碍，再加上难以保证基准，导致整个装配检测流程受到较大影响，虽然可以通过一定辅助工具完成此项工作，但需要在喷管空间内部进行操作，极易因轴心丢失情况而造成更大的标定误差，进一步加大360°全方位范围内的喷管空间转动角数字化标定难度。

2.3.2 解决方案制定

基于现有的协同平台系统，主要支撑新型喷管虚拟装配检测工作顺利进行，借助协同平台自身功能作用，在此基础上建立服务于制造生产的工艺管理系统，并为该系统运行提供用于协调操作的软件工具，以计算机网络为依托，与装配仿真软件相结合，在TC 平台的管理系统中通过创建仿真工具、搭建三维喷管CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）模型以及明确制造生产中所涉及到物料清单[2]。针对新型喷管装配作业，将与喷管结构部件相关的数据信息、装配资源以及操作流程紧密连接尤为关键，对整合资源信息、简化装配流程以及构建完善且系统的数字化检测工艺规划体系有着重要作用，该工艺是实现平台全面共享的核心要素。其中可视化是规划体系中检测工艺所具备的最大特点，可以直观地展现新型喷管装配检测过程，同时将该过程进行仿真模拟并转换成相应格式在TC 平台内部进程存储，在此基础上进一步明确新型喷管结构部件装配顺序，并借助相关辅助软件对其余各零部件合理分配，最终完成对新型喷管整体装配的仿真设计，达到优化数字化检测工艺方案目的。

针对数字化标定360°全方位范围内的喷管空间动态转角环节，由于新型喷管转动需要在一定空间下进行，且处于动态条件下可任意角度转动，为了确保数字化标定精准度，可以通过利用激光跟踪测量方式辅助完成数字化标定任务，对其点的测量与坐标系创建是激光跟踪测量任务的重点，有利于直接选定相应的靶标测量点。其中在喷管角度偏转运动中，可利用三维激光跟踪设备对相应靶点坐标的空间运动轨迹进行跟踪，当靶标运动轨迹显示为球面体运行状态时，检测人员需要对其偏转轨迹加以证明，保证与球面函数方程计算结果相一致；通过精准计算，获得与理论模型相近的最佳参数值，高效、高质完成对喷管空间动态转角的数字化标定操作。

另外，在实际数字化标定喷管空间动态转角作业开展过程中，可结合数字化测量系统辅助操作，计算机辅助系统、照相测量系统及三维激光定位跟踪设备等均是数字化测量系统的功能模块，在测量方面，能够充分保证测量结果较高的精确度，最大程度上满足高准确度、高效化跟踪测量航空发动机各零部件的要求，实现掉航空发动机零部件精准性装配。基于计算机系统，数据处理中心可在相关配套软件支持下对主要装配对象的特征进行识别，避免装配对象与装配顺序不符情况出现。在设计装配方案与公差计算环节，妥善处理检测过程中各种反馈数据有利于为深化装配设计方案提供参考依据[3]。对新型喷管的空间动态转角进行标定，可以通过数字化测量系统对喷管具体运行数据进行收集与整合，再由数据处理中心将收集到的数据进行接收和处理，待数据分析处理完成后再准确发出各种控制指令，配合数字化跟踪设备，对被检测的部件实际部位加以确定及调整，切实发挥数字化检测技术控制零部件检测误差功能的作用，实现对喷管空间动态转角精准的标定。

2.4 数字化检测系统建立

装配质量检测是航空发动机零部件装配数字化检测技术应用最后一环，同时是验证数字化检测技术应用效果的关键环节。为了进一步提高数字化检测技术实际应用水平，基于各项先进技术集成，建立数字化检测系统，利用该系统自身功能实现对零部件装配质量检测规划、检测行为的统一管理，明确标注各个零部件的特征、数量以及规格，并制定统一的检测操作标准，要求所有参与检测工作的人员均要严格执行相关标准，避免因检测人员在实际工作中习惯性依靠自身实践经验而导致检测结果不一致问题出现，最大限度保证检测结果的准确性，保障航空发动机零部件装配质量。

在实际检测过程中，开展检测作业之前检测技术人员必须完全熟悉前期所规划的配装检测流程与相关检测方案实施路径，并与其他专业技术人员就检测方式选择进行沟通，确保每一步检测操作均符合相关规定要求，尽可能降低装配部件损坏率。同时，将收集的检验数据转化成相应格式并导入数字化检测系统中，传统装配技术应用时需要人工抄录检测数据，极易导致数据填写错误问题，在数字化检测系统中录入检测数据，可以有效规避上述问题，弥补传统装配技术的不足。

另外，数字化检测系统也可以根据装配工艺提供质量检验评价功能服务，系统将自动分析被导入的各项检测数据，待检测数据分析完成后，系统将为相关人员提供评价报告，报告中会显示公差超过规定范围信息，提醒相关人员对其问题及时进行调整，避免造成更大的损失影响，导致航空发动机运行稳定性降低。其中漏检情况也是原有航空发动机零部件检测工作开展当中出现频率较高的问题。为切实解决此方面问题，可以通过数字化检测系统自动校核导入的各项检测数据信息，确认是否存在航空发动机零部件漏检情况，消除潜在风险隐患，从根本上保证航空发动机零部件装配作业质量[4]。

装配作为航空发动机制造过程中最后一道环节，对发动机运行可靠性、安全性有着重要影响，数字化检测系统的建立和应用，可以根据装配工艺要求完成多样化数字化检测应用场景搭建，并为检测数据实现高效便捷传输提供操作平台，提高一线操作人员工作效率与质量。这也说明，数字化是现阶段航空发动机事业主流发展趋势，有利于更好地推进业务与数字化深度融合发展，实现航空发动机制造生产全过程数字化，促进我国航空发动机事业向更高层次的发展。

3 结束语

综上所述，数字化检测技术的应用，为航空发动机零部件装配作业高质量开展提供了强力的技术支持，不仅充分满足高精度零部件装配需求，同时随着科学技术水平的不断提高，数字化检测技术应用水平将得到进一步提高，切实解决制约航空发动机零部件装配技术操作困难的问题，最大限度发挥数字化检测技术的应用价值。