基于飞机设计流程的互换性设计研究

李镇 ,骆利民

中航西安飞机工业集团股份有限公司  陕西西安  710089

摘要：在飞机生产制造过程中，按照复杂的装配关系，大量零件在规划好的装配单元组成组件，若干组件在部件厂装配成部件，最后部组件在总装厂对接成整机并安装各系统。飞机装配过程中，大量且复杂的产品互换问题直接影响着飞机的生产质量、交付周期和制造成本。本文从设计角度出发，对飞机互换产品的设计过程、设计验证及互换检查实施工艺保证等环节进行了研究，总结出了一套较为合理的互换产品的设计流程，在飞机研制过程中具有一定的借鉴作用。

关键词：互换设计、装配、互换性

1引言

在飞机研制过程中，通常将飞机按设计分离面和工艺分离面进行划分。机身、机翼、尾翼、发动机舱等之间采用可拆卸的连接，称之为设计分离面；机翼的壁板、框、翼肋、梁、前缘、后缘等之间一般采用不可拆卸的连接，称之为工艺分离面。根据设计、生产、使用、维护和运输等需要，将部分飞机产品被设计成互换件并进行互换检查控制。

1.1飞机产品互换性的定义

飞机产品的互换性是指互相装配的飞机部组件，在安装时，除设计规定的调整外，不需修配和补加工，只需要通常的安装和连接方法就能达到互换，即满足所有几何尺寸、形状参数及物理功能上的要求。

若在安装时，除通常的安装和连接方法外，还需修配或补加工（如钻孔、铰孔、扩孔、切割、锉修、敲修、加垫等），则称产品具有替换性。

1.2飞机产品互换性的分类

按照不同的分类方法，飞机产品互换性主要包括以下几种。

a)按产品的性质，可分为使用互换和生产互换

使用互换是为了保证飞机正常使用，对使用中可能损坏的部组件或成品，要求不经挑选就能更换，且在更换后不影响飞机的使用性能；生产互换是为了保证生产顺利进行，飞机的部组件在装配对接时，不经挑选就能满足装配对接技术要求，不影响产品的质量特性。

b)按互换的等级，可分为完全互换、替换-交点互换和替换

一个部组件能代替同一图号的另一个部组件，在安装时，仅需用连接件（如螺栓、螺母、螺钉、垫圈、销子等），而不需要补加工（如钻孔、铰孔、扩孔、切割、锉修、敲修、加垫等），便能满足所有物理的、功能的、结构的要求；在安装时，不允许对交点作钻孔、铰孔或锉修等补加工，但允许在其他的部位进行小量的修整，如切割、锉修、敲修等，这种互换称为替换-交点互换；在安装时，需要作包括交点在内的补充加工（钻孔、铰孔、切割、锉修、敲修等），这种互换称为替换。

c)按互换的内容，可分为A、B、C、D四类互换

A类指连接交点的配合情况及同轴度要求；B类指连接部位的外形吻合性的要求；C类指连接部位的配合间隙要求；D类指活动件的运动灵活性和操纵灵活性（包括运动行程和偏转角度）。

1.3互换的作用

从设计角度来讲，标准件和具有互换性的部组件可以极大简化产品设计过程，便于开展计算机辅助设计，减少计算工作量，从而缩短设计周期，提高设计可靠性。

从制造角度来讲，在飞机生产和装配的过程中，具有互换性的部组件，仅用一般的机械工具就能实现快速安装，减少了产品生产周期，降低了标准工艺装备成本，从而有利于组织好大批量的生产，同时互换性可以保证产品质量的稳定性，减少强迫装配，从而保证飞机的飞行安全和使用寿命。

从使用维护角度来讲，在飞机使用过程中，部组件（如襟翼、副翼、方向舵、升降舵和各种舱门等）或成品件（如发动机、导弹发射装置等）出现损坏后，无需补加工就能用互换件快速更换，从而保证飞机正常的使用和维护。

2基于飞机设计流程的互换性设计工作

2.1飞机互换设计初步项目与要求的确定

在方案设计阶段，依据飞机标准化大纲与飞机总体技术方案，以设计为主，组织工艺、质量以及用户代表共同商定飞机的互换设计初步项目与要求，作为图样设计和工艺性准备的初步依据。

互换项目的确立原则主要包括以下几种。

a)外场使用维护条件

飞机在外场使用维护中，有些部组件损坏的可能性大，需要经常使用备件进行更换，有些部组件虽然维修的频率不高，但外场维修条件较差，很难进行较为专业的维护，对于以上这两种部组件要求互换程度高。

b)重要的机体结构

互换项目中最主要的组成是机体结构，其互换性程度主要取决于结构的复杂程度、刚性大小、在使用中变形以及设计补偿方式等因素。

c)机载设备

相同型号的机载设备必须是互换件，通过技术协议等进行要求和控制。

d)制造工艺水平

进行互换设计时，需考虑制造工艺水平及提升工艺水平所带来的经济代价。

e)飞机的性质

对试验机、验证机的改进部分以及产量较少的飞机，部组件互换性要求程度比较低。

f)用户的要求

确定互换与替换项目时，应尽量满足用户对互换性的要求。

2.2产品互换性设计

产品设计人员进行产品方案设计时，为保证产品满足飞机互换设计初步项目与要求，应保证互换产品具有合理的结构形式、良好的工艺性及必要的设计补偿，注意互换检查的工艺方法要直观，避免不必要的转换和拆装工作。在产品设计人员进行产品详细设计时，应从互换设计方式、互换关键要素及互换要素控制要求等几方面给出详细要求，并对其能否满足互换性要求进行详细分析。

互换关键要素主要包括飞机几何参数、物理参数和使用性能三个方面，互换要素控制要求的具体内容如下：

几何参数方面，外形结合部位通常设计为外形互换，需对尺寸轮廓、外形偏差、阶差、间隙等提出要求；结构设计分离面处结合接头通常设计为交点互换，对接头的尺寸精度、安装精度和接头间的同轴度、配合关系提出要求；配合部位需特别注意，如机翼的安装角、上反角、后掠角，活动面吻合性，对称性，舱门口盖之间的间隙等。

物理参数方面，部组件的强度、刚度、重量、重心等需要满足互换性要求。

使用性能方面，带有运动性质的部组件，需要对其操纵运动情况提出要求，主要包括操纵灵活性、运动灵活性。

2.3互换工艺准备

总体设计设计人员依据产品设计人员提供的互换件和基准件明细表，编发飞机互换件检查清单，作为工艺部门控制产品互换性的依据。

只要属于飞机互换件检查清单的项目，设计文件必须明确规定互换部位及互换要求，工艺部门进行飞机产品工艺审查时需重点关注互换性项目，从而保证互换项目工艺准备、互换协调方法的确定和产品互换性检验的顺利进行。

2.4设计验证

在小批生产中，应对互换产品进行首件产品检验，以验证互换设计的合理性，不满足互换设计要求的，全面复查设计、生产与装配全过程，需迅速解决。

2.5工艺保证

目前，保证飞机产品互换性的手段，主要包括对互换产品本身及其控制手段进行定期检查。互换产品本身检查的周期和时机由制造部门与用户商定，互换控制手段主要是对标准件、模胎、模具、量规、卡规、型架、夹具等工具定期进行状态检查。

3结束语

飞机生产制造中的产品互换性问题是生产装配质量的具体体现，更深层次是设计水平和工艺水平的体现。设计人员与工艺人员应紧密配合，保证飞机产品的互换性满足设计要求。本文总结出的飞机产品互换设计的流程与具体要求，在飞机研制过程中，特别是在设计过程中具有一定的借鉴作用。

参考文献

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[2]程宝蕖.飞机制造协调准确度与容差分配[M].北京:航空工业出版社，1987.

[3]HBz99.7.飞机零部件互换与替换工作条例[S].北京:中华人民共和国航空工业部，1987.