[发明专利]用于复合材料翼盒预连接阶段的临时紧固件布局优化方法

说明书

本发明涉及一种用于复合材料翼盒预连接阶段的临时紧固件布局优化方法，该方法采用穿心夹、临时钢结构螺栓等多种类的临时紧固件对复合材料翼盒进行制孔前的预连接，固定壁板与骨架的相对位置，并使壁板与骨架紧密贴合，避免钻孔时剧烈颤振，并防止壁板与骨架的接触面间产生毛刺。该方法可在给定的临时紧固件数量区间内，得到较优的预连接方案，提高钻孔精度和装配质量，并确保复合材料壁板不产生损伤。

技术领域

本发明涉及一种用于复合材料翼盒预连接阶段的临时紧固件布局优化方法，属于飞机装配技术领域。

背景技术

复合材料具有比强度和比刚度高、抗疲劳和冲击性能强、使用寿命长等优点，广泛地应用于飞机制造中。但与金属构件不同，复合材料构件刚性高而基体脆、层间强度较弱，易因装配应力过大而产生损伤，影响其工作寿命，故在装配时，不能采用传统的强迫装配方法，必须在制造和装配过程中进行应力和损伤分析，以避免构件报废。

复合材料翼盒通常由前梁、后梁、三条翼肋和上、下壁板构成。在装配时，首先要将前后梁及三条翼肋在型架上进行定位、夹紧、制孔和连接，形成翼盒骨架结构，然后再将上下壁板上架进行定位、夹紧、制孔和连接。其中，壁板的安装以骨架为基准，通过三个销孔和底边支撑完成定位，即使用销钉与前梁上的两个销孔、后梁上的一个销孔实现主定位，使用底边支撑实现辅助定位。

在装配时，当复合材料壁板与骨架之间没有紧密贴合时，制孔操作会造成零件大幅颤振，导致刀具磨损加剧、制孔偏差增大，且壁板与骨架接触面间易产生毛刺、落入切屑、造成表面损伤，使得制孔精度和质量下降，并进一步影响后续连接环节的装配精度，产生较大的装配应力甚至材料损伤。故装配工艺规范要求将翼盒的颤振幅度和接触面间毛刺的高度控制在一定范围内，即“无毛刺”要求。接触面间毛刺的高度、翼盒的颤振幅度、间隙内切屑的进入量都与接触面间隙存在直接关系，在给定制孔的钻削力、材料属性等主要因素的条件下，可根据构件接触面间隙的大小合理预测毛刺高度、翼盒的颤振幅度、切屑进入量。在生产中，通常采用一定数量的临时紧固件，对壁板与骨架进行预连接操作，一方面固定壁板与骨架的相对位置，另一方面控制壁板与骨架间的间隙，将钻孔颤振和毛刺高度控制在允许范围内，保证钻孔精度和装配质量。

常用的临时紧固件包括穿心夹、临时钢结构螺栓(包括大部分普通螺栓)等。其中，采用普通螺栓进行预连接的方法如图1所示，与常见的可拆螺栓连接相似，通过螺栓上表面和螺母下表面对两个结构的表面施加压紧力，达成临时连接两个结构并消除间隙的目的；但为了便于装拆，通常不使用垫片；而采用穿心夹预连接的方法如图2所示，利用自动化器械或手动转动穿心夹的内杆，内杆下端的外螺纹与弹性钩爪的内螺纹配合，带动弹性钩爪相对外壳向上移动，同时内杆逐渐撑开弹性钩爪底部的倒钩结构，最终使倒钩上表面、保护套下表面贴合两个结构的表面并施加压紧力，同时弹性钩爪外表面接触孔壁并产生摩擦作用，完成预连接要求。这两种连接方法的区别包括：穿心夹对装配孔孔壁会产生摩擦作用，可能造成孔壁损伤；螺栓连接需要使用螺栓、螺母两个元件，穿心夹连接只须使用一个穿心夹；穿心夹体积大于螺栓等。目前也有一系列适应自动化安装设备的临时紧固件开始用于飞机装配领域，其与穿心夹、螺栓等常见临时紧固件均具有一个共性：通过对临时紧固件与被连接件的两个接触表面施加一定的压紧力，使被连接件紧密贴合，达到固定被连接件并消除间隙的装配要求。

传统上，主要通过经验确定预连接操作所采用的临时紧固件类型与布局，往往不能得到最优配置。对于多种不同尺寸和结构的翼盒，传统经验法可能会造成装配应力过大而出现损伤，或无法将翼盒的颤振幅度和接触面间毛刺高度控制在规定范围内。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够满足接触面“无毛刺”、翼盒的颤振幅度小、不发生复材损伤要求的用于复合材料翼盒预连接阶段的临时紧固件布局优化方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种用于复合材料翼盒预连接阶段的临时紧固件布局优化方法，包括以下步骤：