楊帥

摘 ?要：飛機(jī)整機(jī)涂裝作為影響全機(jī)重量特性的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在無(wú)法實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重的情況下，對(duì)其增重進(jìn)行準(zhǔn)確的估算成為重量分析必須解決的問(wèn)題。利用飛機(jī)數(shù)模計(jì)算飛機(jī)外表面涂裝面積，估算漆料重量，進(jìn)而確定飛機(jī)整機(jī)涂裝增重的估算方法能夠較準(zhǔn)確估算飛機(jī)增重，解決實(shí)際生產(chǎn)重量數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題，可作為飛機(jī)重量設(shè)計(jì)制造狀態(tài)監(jiān)控的有效補(bǔ)充，對(duì)提高全機(jī)質(zhì)量特性計(jì)算的準(zhǔn)確性有一定實(shí)際意義。同時(shí)，該方法將實(shí)際工序轉(zhuǎn)化為理論計(jì)算節(jié)約了施工成本，對(duì)提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：整機(jī)涂裝;增重;曲面面積

中圖分類(lèi)號(hào)：V262 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）24-0136-02

Abstract： Aircraft coating is an important production link that affects the weight characteristics of the whole machine. In the case of weighing can not be achieved， it is necessary to estimate the weight gain accurately. The estimation method of using the aircraft digital model to calculate the outer curved surface area of the aircraft， and then estimating the weight of the paint， and finally determining the aircraft weight gain can accurately estimate the aircraft weight gain and solve the problem of missing actual production weight data. It can be used as an effective supplement for aircraft weight design and manufacturing status monitoring， and has a certain practical significance for improving the accuracy of the whole aircraft quality characteristic calculation. At the same time， this method transforms the actual working procedure into the theoretical calculation， which saves the production cost and promotes the competitiveness of enterprises.

Keywords： aircraft coating; weight gain; curved surface area

飛機(jī)的品質(zhì)保證離不開(kāi)飛機(jī)的重量控制，對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的重量變化進(jìn)行有效監(jiān)控是保證各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)正確性的重要監(jiān)控手段。為利于控制分析重量變化及提高全機(jī)質(zhì)量特性計(jì)算準(zhǔn)確性，應(yīng)在飛機(jī)設(shè)計(jì)之初對(duì)整機(jī)重量設(shè)計(jì)分配，同時(shí)對(duì)制造過(guò)程中每一生產(chǎn)環(huán)節(jié)重量變化進(jìn)行嚴(yán)格把控和記錄。但一直以來(lái)由于實(shí)際生產(chǎn)中采用的地磅稱(chēng)重法條件嚴(yán)苛、耗時(shí)長(zhǎng)，特別是大型飛機(jī)，在繁忙的制造工序無(wú)法對(duì)每一生產(chǎn)環(huán)節(jié)稱(chēng)重，造成重量數(shù)據(jù)的缺失，久而久之，飛機(jī)增重得不到有效控制，影響飛機(jī)質(zhì)量安全。

飛機(jī)外表面整機(jī)涂裝是影響飛機(jī)全機(jī)質(zhì)量特性的重要環(huán)節(jié)，由于缺少施工前后的整機(jī)稱(chēng)重，其增重?cái)?shù)據(jù)一直沒(méi)有可信服的來(lái)源，對(duì)其增重進(jìn)行準(zhǔn)確的估算成為重量分析必須解決的問(wèn)題。本文提出一種通過(guò)計(jì)算飛機(jī)外表面涂裝面積，根據(jù)單位面積涂料重量，進(jìn)而確定飛機(jī)整機(jī)涂裝增重的估算方法。

1 涂裝面積計(jì)算

1.1 曲面面積求解方法

飛機(jī)外形巨大，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，為了獲得準(zhǔn)確外表面積，選擇合適的計(jì)算方法對(duì)提計(jì)算高效率和準(zhǔn)確度有重要影響。除了特別構(gòu)型、特殊部位采用平面構(gòu)形外，一般飛機(jī)外表面都屬于曲面成型，對(duì)于曲面面積的求解方式比較多，主要有：

（1）采用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方式[1]，把曲面分成若干模塊利用函數(shù)積分求和計(jì)算。這種算法精確度高，但計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，對(duì)于構(gòu)形復(fù)雜、面積較大的曲面運(yùn)算效率比較低。

（2）基于現(xiàn)代技術(shù)的新數(shù)學(xué)方式。比如利用斷層邊界信息計(jì)算曲面面積[2]，等值面提取估算表面積方式[3]等。這些算法依托計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用相鄰兩個(gè)截面的側(cè)面積擬合，可以對(duì)規(guī)則旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性曲面進(jìn)行精確估算，但是過(guò)程繁瑣、運(yùn)算復(fù)雜，對(duì)于不規(guī)則變化的曲面計(jì)算效率比較低。

（3）編程軟件編寫(xiě)算法。這些程序本質(zhì)是將表面劃分為一定數(shù)量小區(qū)域，選取小區(qū)域表面的邊界坐標(biāo)值，計(jì)算該坐標(biāo)值組成的平面面積，近似等于該小區(qū)域內(nèi)曲面面積。該方法是平面面積的嚴(yán)格計(jì)算，適用于平面面積，運(yùn)算效率比較高，實(shí)用性比較強(qiáng)。但是針對(duì)曲率變化較大曲面計(jì)算精度比較低。

（4）三維建模軟件測(cè)量。依托建模軟件自帶的測(cè)量計(jì)算功能，直接選取模型計(jì)算出表面積。常用的建模軟件有CATIA、UG、Solidworks、Rhino等，這些軟件在滿(mǎn)足外形、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)具有強(qiáng)大的測(cè)量分析等功能，這種方式運(yùn)算速度快，精度高，但必須建立1：1的曲面模型。

現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)均采用數(shù)字化建模設(shè)計(jì)，利用設(shè)計(jì)軟件的直接測(cè)量功能計(jì)算飛機(jī)外表面積是首選的方法。

1.2 飛機(jī)曲面處理

采用三維建模軟件測(cè)量外表面積前，要對(duì)比分析數(shù)模外表面與飛機(jī)實(shí)際噴涂的外表面的不同，根據(jù)飛機(jī)實(shí)際噴涂對(duì)三維數(shù)模進(jìn)行處理，在處理時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：

（1）飛機(jī)表面一般都是左右對(duì)稱(chēng)，在處理模型時(shí)可只考慮一半，同時(shí)為便于處理和測(cè)量，根據(jù)飛機(jī)主要結(jié)構(gòu)可將模型分段處理，一般飛機(jī)可分為：機(jī)身部分、機(jī)翼部分、尾翼部分和發(fā)動(dòng)機(jī)短艙部分。

（2）實(shí)際飛機(jī)涂裝表面并不是光滑、完整的曲面，飛機(jī)外露部分安裝有大量天線(xiàn)罩、天線(xiàn)底座、通風(fēng)罩、百葉窗、燈罩等零件，這些零件覆蓋部分不屬于整機(jī)涂裝部分，模型上的此部分要除去。

（3）區(qū)分參與整機(jī)噴涂的零件。一般的天線(xiàn)罩采用噴涂防靜電漆的特殊涂料體系，不參與整機(jī)噴漆，可不考慮;風(fēng)擋玻璃不需要噴漆，此部分模型要進(jìn)行刪除處理;參與整機(jī)噴漆的天線(xiàn)罩、天線(xiàn)底座，則需要測(cè)量其外表面積。

（4）數(shù)模重復(fù)、多余部分處理。由于建模需要，造成數(shù)模部件之間存在重疊、遮擋等情況，為避免重復(fù)計(jì)算，檢查數(shù)模，將重疊、遮擋除去。比如：機(jī)身與發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、尾翼相交部分，機(jī)翼與發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、起落架艙相交被覆蓋部分，機(jī)翼與吊掛貼合部分等。經(jīng)過(guò)處理，飛機(jī)各部件應(yīng)結(jié)合成形成內(nèi)部空腔外部對(duì)縫連接的模型。

（5）特殊不參與整漆噴涂部分處理。飛機(jī)某些部位可能采用特殊材料成型不能覆蓋油漆，要將對(duì)應(yīng)的模型部分刪除處理。

1.3 涂裝面積測(cè)量

飛機(jī)數(shù)模處理完成后，通過(guò)建模軟件測(cè)量功能分別測(cè)量飛機(jī)外部涂裝面積和參與整機(jī)涂裝的零部件表面積，最后求和得出整機(jī)涂裝面積。

2 油漆重量計(jì)算

在一定的噴涂表面上，涂裝增重取決于油漆種類(lèi)、涂裝層數(shù)和涂敷工藝，對(duì)飛機(jī)整機(jī)涂裝而言專(zhuān)門(mén)的整機(jī)涂裝的工藝文件保證了施工要求及工藝相對(duì)固定。

2.1 油漆種類(lèi)

不同種類(lèi)的油漆基料、固化劑、稀釋劑的配置比例各不相同，配制而成的油漆密度不一致，造成干燥固化過(guò)程中揮發(fā)量和殘留量有較大差異，整機(jī)涂裝增重會(huì)有明顯差異。整機(jī)涂裝增重計(jì)算，必須明確所用涂料揮發(fā)率，這一數(shù)據(jù)可采用油漆廠提供的相應(yīng)油漆的經(jīng)驗(yàn)值，也可建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型[4]進(jìn)行仿真研究。

2.2 涂裝層數(shù)

飛機(jī)涂裝層數(shù)與環(huán)境介質(zhì)關(guān)系極大。航空領(lǐng)域大多采用“底漆+面漆”的涂裝體系，一般在零部件狀態(tài)涂裝底漆，整機(jī)涂裝階段只涂裝面漆，特殊情況下在整機(jī)涂裝階段可先涂裝一遍底漆，固化后再涂裝面漆。飛機(jī)的整機(jī)涂裝工藝規(guī)程規(guī)定了決定涂裝面漆層數(shù)，面漆兩層或多層的漆膜重量可看成單層漆膜重量的倍數(shù)。

2.3 涂敷工藝

油漆涂料有多種涂敷方式，涂敷方式不同，造成漆膜厚度及揮發(fā)率不同，影響漆膜重量。對(duì)于整機(jī)涂裝可采用噴涂和刷涂?jī)煞N方式，但由于噴涂具有施涂效率高、操作漆霧少和噴涂質(zhì)量高的特點(diǎn)，能夠在蒙皮表面形成均勻的涂層，所以一般無(wú)特殊要求，整機(jī)噴涂均采用噴涂工藝。一般油漆說(shuō)明書(shū)會(huì)提供噴涂單位面積的理論用量，估算時(shí)可參考使用。

整機(jī)涂裝后飛機(jī)增重計(jì)算公式：

G=n1（S×g1）（1-ρ1）+n2（S×g2）（1-ρ2）

G——整機(jī)涂裝飛機(jī)增重，kg;

n1——整機(jī)涂裝階段底漆噴涂層數(shù);

n2——面漆噴涂層數(shù);

S——整機(jī)涂裝面積，m2;

g1——單位面積底漆理論用量，kg/m2;

g2——單位面積面漆理論用量，kg/m2;

ρ1——底漆揮發(fā)率（包括噴槍噴涂過(guò)程的揮發(fā)率及漆層干燥固化過(guò)程的揮發(fā)率）;

ρ2——面漆揮發(fā)率（包括噴槍噴涂過(guò)程的揮發(fā)率及漆層干燥固化過(guò)程的揮發(fā)率）。

另外可通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得單位面積單層底漆和面漆干燥固化后的增量，整機(jī)涂裝后飛機(jī)增重計(jì)算公式還可以表示為：

G=n1（S×g3）+n2（S×g4）

g3——單位面積底漆干燥固化后增量，kg/m2;

g4——單位面積面漆干燥固化后增量，kg/m2。

3 結(jié)束語(yǔ)

需要注意的是，估算時(shí)除了要保證經(jīng)過(guò)處理的數(shù)模與飛機(jī)實(shí)際噴涂的外形的一致外，還應(yīng)綜合考慮到實(shí)際施工過(guò)程中噴涂厚度有一定的誤差及狹窄小區(qū)域處噴涂不均勻等情況，確定一定的公差范圍。

利用飛機(jī)外表面涂裝面積及涂敷要求，可以較準(zhǔn)確地估算飛機(jī)整機(jī)涂裝增重，在整機(jī)涂裝增重?zé)o法實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量的情況下，是對(duì)飛機(jī)重量制造狀態(tài)監(jiān)控的有效補(bǔ)充，同時(shí)結(jié)合建模軟件的使用將實(shí)際工序轉(zhuǎn)化為理論計(jì)算有助于節(jié)約工作成本，對(duì)提升工作效率，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)有積極作用。

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