CN112643307B - 一种异形弧面搭接盖板装配工装及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异形弧面搭接盖板装配工装及装配方法，属于飞行产品结构装配技术领域，解决了异形弧面盖板间隙、阶差控制困难，装配精度低的问题。本发明装配工装包括L型工装和定位工装；所述L型工装用于测量相邻盖板单元搭接后，相邻盖板单元上下搭接处形成的水平缝隙的尺寸；所述定位工装用于在盖板单元试装配时对盖板单元进行固定。本发明满足了异形弧面搭接盖板的装配需求。

Description

一种异形弧面搭接盖板装配工装及装配方法

技术领域

本发明属于飞行器产品结构装配技术领域，特别涉及一种异形弧面搭接盖板装配工装及装配方法。

背景技术

进气道盖板装配作为超燃冲压发动机装配的重要组成部分，其装配质量对发动机乃至航天产品的性能影响重大。

进气道盖板作为一种外防护结构，由多块高温合金异型不规则曲面盖板组成，盖板之间通过相互搭接实现连接，以满足气动外形、变形协调和密封要求，进气道盖板装配效果见附图1。由于盖板上每个连接点位置处的连接平面均与其余连接平面不共面，且呈不同角度关系，给进气道盖板的间隙、阶差控制和型面控制带来了难度，也给盖板装配顺序、装配基准、修配方案等提出了更高的要求。

目前，异形弧面多块搭接盖板在国内飞行器上属于新型结构，这类盖板的安装方式可借鉴案例较少，传统的装配方法效率低下且无法满足装配精度要求。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种异形弧面搭接盖板装配工装及装配方法，用以解决盖板间隙、阶差控制困难，装配精度低，装配效率低等问题中的至少一个。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种异形弧面搭接盖板装配工装，包括L型工装和定位工装；

所述L型工装用于测量相邻盖板单元搭接后，相邻盖板单元上下搭接处形成的水平缝隙的尺寸；

所述定位工装用于在盖板单元试装配时对盖板单元进行固定。

进一步的，所述L型工装包括检测工装和测量工装；

所述检测工装第一侧边厚度与水平缝隙目标尺寸相等，用于对水平缝隙尺寸进行初步检测；

所述测量工装第一侧边厚度小于水平缝隙目标尺寸，用于预估盖板打磨量。

进一步的，所述测量工装第一侧边厚度为水平缝隙目标尺寸的1/3～2/3。

另一方面，本发明还提供了一种异形弧面搭接盖板装配方法，采用上述装配工装，包括以下步骤：

步骤1.盖板试装配；

步骤2.拆卸所述盖板；

步骤3.正式安装所述盖板。

进一步的，所述盖板由多个盖板单元装配而成；相邻盖板单元之间的缝隙包括第一竖直缝隙、水平缝隙和第二竖直缝隙；

所述步骤1中，盖板试装配包括以下步骤：

步骤101.调整相邻盖板单元上表面阶差，保证盖板无逆气流阶差；

步骤102.对相邻盖板单元之间的缝隙进行调整。

进一步的，所述步骤101中，当所述阶差不符合要求时，通过打磨突出盖板单元下方的高合垫块或在凹陷盖板单元下方整体增加垫片进行调整；

调整完所述阶差后，采用定位工装将所述盖板单元固定在进气道上。

进一步的，所述步骤102中，对所述水平缝隙进行调整：

采用检测工装第一侧边对水平缝隙进行检测，当检测工装第一侧边能够进入所述水平缝隙时，所述水平缝隙尺寸合格；当检测工装第一侧边不能进入所述水平缝隙时，所述水平缝隙小于目标尺寸，所述水平缝隙不合格；

当水平缝隙不合格时，采用测量工装第一侧边对水平缝隙进行测量，预估盖板单元打磨量，通过对盖板单元形成水平缝隙的区域进行打磨，将水平缝隙调整到位；或通过增减盖板单元下方的垫片将水平缝隙调整到位；

对所述第一竖直缝隙和第二竖直缝隙进行调整：

采用游标卡尺测量第一竖直缝隙和第二竖直缝隙尺寸，根据目标尺寸对盖板单元形成第一竖直缝隙和第二竖直缝隙的区域进行打磨，将第一竖直缝隙和第二竖直缝隙调整到位。

进一步的，所述盖板单元内型面为与所述进气道相匹配的弧面，所述内型面上设置有第一凸台，所述进气道相应位置设置有第二凸台；

所述第一凸台和第二凸台用于盖板单元的在所述进气道上的安装，装配时，所述第一凸台与所述第二凸台对齐。

进一步的，所述第一凸台和所述第二凸台设置有多个。

进一步的，所述装配方法还包括步骤4.螺钉力矩处理。

与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：

1)本发明异形弧面搭接盖板装配方法提高了盖板的装配精度及装配效率，保证了盖板单元之间的间隙、阶差符合要求。

2)盖板单元之间的缝隙为由第一竖直缝隙、水平缝隙和第二竖直缝隙组成的折线形的缝隙，使得在高速飞行过程中，气流无法通过第一竖直缝隙和水平缝隙进入第二竖直缝隙，使得盖板既能够具有一定变形协调的情况下也可达到密封效果。

3)L型工装包括检测工装和测量工装；先采用检测工装进行检测，再采用测量工装进行测量，提高了水平缝隙的测量效率及修配精度。

测量工装第一侧边厚度为水平缝隙目标尺寸的1/3～2/3，使得测量工装既可以进入水平缝隙，又不会与水平缝隙相差太大，造成预估打磨量不准确。

4)定位工装用于在试装配的过程中代替正式装配时用的固定螺钉，防止在试装配过程中对固定螺钉造成损耗，正式安装盖板时的固定螺钉价格较为昂贵，采用定位工装可降低成本。

5)正式安装盖板之前，按照实际状态试装配盖板。保证了正式安装时的精度，并可有效避免盖板单元及其他零件的损坏。

6)盖板单元内型面和外表面均是弧面，先调整水平缝隙d，可避免因水平缝隙d不准确可能会对第一竖直缝隙a和第二竖直缝隙b造成的影响。

7)在完成盖板安装后，对所有螺钉进行力矩处理，防止个别螺钉未紧固到位，造成盖板使用效果及安全问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1盖板单元搭接参数示意图；

图2盖板单元修配方法示意图；

图3 L型工装结构示意图；

图4第一定位螺钉示意图；

图5第二定位螺钉示意图；

图6第三定位螺钉示意图；

图7盖板单元搭接后示意图。

附图标记：

a-第一竖直缝隙；b-第二竖直缝隙；c-搭接区域长度；d-水平缝隙；

Ⅰ-Ⅰ号盖板单元；Ⅱ-Ⅱ号盖板单元。

具体实施方式

以下结合具体实施例对一种异形弧面搭接盖板装配工装及装配方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。

为了便于描述，这里诸如“在...之下”、“在...下方”、“下面”、“在...之上”、“上方”等的空间相对术语可用来描述附图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应理解，除了附图中描绘的取向之外，空间相对术语旨在包含装置在使用或操作中的不同取向。例如，当附图中的装置翻转时，描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将取向为在其他元件或特征“之上”。因此，示例性术语“在...下方”可包括之上和之下两种取向。装置可以其他方式取向(旋转90度或在其他方向)。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在用于本说明书中时表明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

异型弧面搭接盖板由多个盖板单元搭接而成，如图7所示，飞行过程中，盖板会产生一定的变形量，为了实现盖板的变形协调，盖板单元之间存在一定的缝隙，使盖板可以进行一定量的伸长或缩短。为了既能够实现盖板的变形协调，又能够可靠固定盖板，每个盖板单元上设置有1个固定紧固件和多个可滑动紧固件。示例性的，可滑动紧固件为在盖板单元上设置直径较大的固定孔，采用直径较小的螺钉(螺钉直径小于固定孔直径)将盖板单元固定在进气道上，盖板发生变形时，盖板单元沿固定孔径向发生移动。

为了实现盖板的密封要求，如图1、图2所示，盖板单元之间的缝隙为由第一竖直缝隙、水平缝隙和第二竖直缝隙组成的折线形的缝隙，使得在高速飞行过程中，气流无法通过第一竖直缝隙和水平缝隙进入第二竖直缝隙，从而达到密封效果。

为了盖板装配到位后，盖板之间的间隙、阶差符合要求，实现上述装配效果，提高装配精度，本发明提供了一种异形弧面搭接盖板装配工装和装配方法。

一种异形弧面搭接盖板装配工装，如图3-图6所示，包括L型工装和定位工装；L型工装用于测量相邻盖板单元搭接后，相邻盖板单元上下搭接处形成的水平缝隙的尺寸；定位工装用于在盖板单元试装配时对盖板单元进行固定。

L型工装包括检测工装和测量工装；检测工装第一侧边厚度与水平缝隙目标尺寸相等，用于对水平缝隙尺寸进行初步检测；测量工装第一侧边厚度小于水平缝隙目标尺寸，用于预估盖板打磨量。

测量工装第一侧边厚度为水平缝隙目标尺寸的1/3～2/3，使得测量工装既可以进入水平缝隙，又不会与水平缝隙相差太大，造成预估打磨量不准确。

定位工装包括第一定位螺钉、第二定位螺钉和第三定位螺钉。第一定位螺钉用于盖板单元上平头螺钉变形协调部位试装配；第二定位螺钉用于盖板单元上沉头螺钉变形协调部位试装配；第三定位螺钉为备用工装，主要针对第一定位螺钉变形协调小的地方如果出现不能塞入情况，适情塞入此第三定位螺钉，满足协调要求，避免修配。

定位工装用于在试装配的过程中代替正式装配时用的固定螺钉，防止在试装配过程中对固定螺钉造成损耗，正式安装盖板时的固定螺钉价格较为昂贵，采用定位工装可降低成本。

一种异形弧面搭接盖板装配方法，采用上述装配工装，包括以下步骤：

步骤1.盖板试装配；

步骤2.拆卸盖板；

步骤3.正式安装盖板；

步骤4.螺钉力矩处理。

步骤1中，盖板试装配包括以下步骤：

步骤101.调整相邻盖板单元上表面阶差，保证盖板无逆气流阶差。

当阶差不符合要求时，通过打磨突出盖板单元下方的高合垫块或在凹陷盖板单元下方整体增加垫片进行调整。调整完阶差后，采用定位工装将盖板单元固定在进气道上。

步骤102.对相邻盖板单元之间的缝隙进行调整。

盖板由多个盖板单元装配而成，盖板单元装配完成后，需要保证盖板单元在高温下能够顺利的滑动，盖板单元与盖板单元之间、盖板单元与承载主体(进气道)之间可以通过4个参数进行控制，从而保证盖板的装配准确性。4个参数为相邻盖板单元之间的4个参数，包括第一竖直缝隙a、第二竖直缝隙b、搭接区域c和水平缝隙d，示例性地，相邻盖板单元为I号﹂型盖板和II号﹁型盖板，II号﹁型盖板的水平段置于I号﹂型盖板的水平段进行搭接，第一竖直缝隙a即为I号﹂型盖板的竖直段的侧面和II号﹁型盖板的水平段的端面之间的缝隙；第二竖直缝隙b即为I号﹂型盖板的水平段的端面和II号﹁型盖板的竖直段的侧面之间的缝隙；搭接区域c即为I号﹂型盖板的水平段和II号﹁型盖板的水平段之间的重叠区域；水平缝隙d即为I号﹂型盖板的水平段和II号﹁型盖板的水平段之间的缝隙。

根据目标值修配盖板单元，确保搭接参数满足设计要求，盖板单元修配原则如图2所示。当第一竖直缝隙a不满足设计要求时，打磨I号盖板单元A区域(即I号﹂型盖板的竖直段的侧面搭接区域)；当第二竖直缝隙b不满足设计要求时，打磨II号盖板单元B区域(即II号﹁型盖板的竖直段的侧面搭接区域)；当水平缝隙d不满足设计要求时，打磨I号盖板单元C区域(即I号﹂型盖板的水平段)。相邻盖板单元的搭接区域c原则上不进行处理，c如果不满足要求影响的参数为a和b。

正式安装盖板之前，按照实际状态试装配盖板，实测每对盖板单元搭接参数，并依据测量值按照上述调整原则进行修配，在试装时要保证阶差与缝隙满足要求。

盖板的主要安装顺序为：先进行两侧盖板单元(顺航向从后往前)安装，然后进行顶盖板(顺航向从前往后)安装。在安装侧面盖板单元时，先安装固定点位置螺钉，然后安装滑动点位置螺钉；在进行上表面的盖板安装(顺航向从前往后)时，先安装中间位置销钉，其次安装滑动点位置螺钉。

具体的，首先，对水平缝隙d进行调整：

采用检测工装第一侧边对水平缝隙d进行检测，当检测工装第一侧边能够进入水平缝隙d时，水平缝隙d尺寸合格；当检测工装第一侧边不能进入水平缝隙d时，水平缝隙d小于目标尺寸，水平缝隙d不合格。

当水平缝隙d不合格时，采用测量工装第一侧边对水平缝隙d进行测量，预估盖板单元打磨量，通过对盖板单元形成水平缝隙的区域C进行打磨，将水平缝隙d调整到位。

先采用检测工装进行检测，不合格再采用测量工装第一侧边对水平缝隙d进行测量，可提高装配效率。

当水平缝隙d不合格时，也可通过增减盖板单元下方的垫片将水平缝隙d调整到位。

水平缝隙d调整完成后，对第一竖直缝隙a和第二竖直缝隙b进行调整：

采用游标卡尺测量第一竖直缝隙a和第二竖直缝隙b尺寸，根据目标尺寸对盖板单元形成第一竖直缝隙a和第二竖直缝隙b的区域进行打磨，将第一竖直缝隙a和第二竖直缝隙b调整到位。

盖板单元内型面和外表面均是弧面(图中未示出)，若水平缝隙d不准确可能会对第一竖直缝隙a和第二竖直缝隙b造成影响，因此，先调整水平缝隙d。

盖板单元内型面(即盖板单元与进气道接触的面)为与进气道相匹配的弧面，内型面上设置有第一凸台，进气道相应位置设置有第二凸台(图中未示出)；第一凸台和第二凸台用于盖板单元的在进气道上的安装，装配时，第一凸台与第二凸台对齐。第一凸台和第二凸台设置有多个，示例性的，均设置有4个，4个第一凸台设置在盖板单元的四角位置，将盖板放置于进气道上后，通过在四角位置设置垫片将盖板单元调平。所述垫片中间设置有与安装孔尺寸相同的通孔，用于定位工装或螺钉通过。盖板单元与进气道未设置凸台的部位通过隔热材料进行密封。

步骤3.正式安装盖板。

按照试装配过程确定的盖板单元装配顺序、螺钉装配顺序进行盖板的正式装配，每安装一块盖板单元，按照上述方法，重新测量阶差和缝隙，必要时再次进行盖板单元修配，直至符合装配精度要求。

步骤4.螺钉力矩处理。

在完成盖板安装后，对所有螺钉进行力矩处理，防止个别螺钉未紧固到位，造成盖板使用效果及安全问题。

本发明提出了一种异形弧面搭接盖板的装配方法，完成了航天产品发动机进气道盖板的装配，并进行流程方案验证，装配精度高、可操作性强。

实施例1

一种异形弧面搭接盖板的装配工装，包括L型工装和定位工装。L型工装包括检测工装和测量工装，检测工装第一侧边厚度为0.3mm，测量工装第一侧边厚度为0.1mm。

定位工装包括第一定位螺钉、第二定位螺钉和第三定位螺钉。本实施例中，第一定位螺钉高度为43mm，第三定位螺钉高度为38mm，第三定位螺钉为备用工装，主要针对第一定位螺钉变形协调小的地方如果出现不能塞入情况，适情塞入此第三定位螺钉，满足协调要求。

实施例2

一种异形弧面搭接盖板的装配方法，采用实施例1中的装配工装。

本实施例中，盖板单元内型面上设置有4个第一凸台。

安装第一块盖板单元时，首先将高合垫块放置在第一块盖板单元下方第一凸台在进气道上对应的第二凸台上，将盖板单元放置于进气道上，由于工艺精度问题，第一凸台、第二凸台可能产生不平问题，通过增加四角位置的垫片将盖板单元调平。由于其为第一块安装盖板，无其他参照，故安装所有螺钉(不安装到位)将盖板单元调正，将四角位置的螺钉安装到位，拆除其他螺钉，使用工具拨动盖板单元下的高合垫块，若高合垫块晃动，说明仍存在间隙，则在垫块下部增加1mm或0.12mm规格的垫片，直至垫块无晃动，再将所有螺钉安装到位。高合垫块中心位置设置有通孔，用于螺钉通过。

安装其他盖板单元时，先将盖板单元下的高合垫块放在安装位置，将盖板单元放置于进气道上，首先观察与上一块盖板单元的阶差，在保证无逆阶差的情况下通过增加四角垫片将盖板调平，安装固定点位置螺钉及其他三个角的滑动位置螺钉将盖板调正。

使用0.3mm检测工装检测盖板单元之间的水平缝隙d，若水平缝隙d不合格，使用0.1mm测量工装再次进行测量，预估盖板打磨量，通过打磨盖板单元C区域或增减垫片使水平缝隙d调整到位。调整到位后，使用工具拨动盖板下其他未安装螺钉的高合垫块，若垫块晃动，则在垫块下部增加1mm或0.12mm规格的垫片，直至垫块无晃动，再将其他螺钉安装到位。

测量第一竖直缝隙a、第二竖直缝隙b和搭接区域长度c，由于多个盖板单元尺寸不同、温度不同，每对盖板单元搭接参数也不相同，在每块盖板单元安装到位后，使用游标卡尺对a、b、c进行测量，并记录实际测量数据，按照要求对盖板单元进行修配：当a不满足理论值，打磨I号盖板单元A区域；当b不满足理论值，打磨II号盖板单元B区域；若c不满足理论值，则在盖板单元搭接区域的边缘部位增加耳片，延长搭接区域c的长度，即可保证两块盖板间的密封。在以上尺寸调整到位后，记录所有尺寸，则此块盖板单元安装到位。

同理进行下一块盖板安装，直至所有盖板单元安装完成，且符合装配的阶差和缝隙要求。

完成盖板的试装配后，拆卸所有盖板单元，正式安装盖板。

按照试装配过程确定的盖板装配顺序、螺钉装配顺序进行盖板的正式装配，每安装一块盖板单元，按照上述方法，重新测量阶差和缝隙，必要时再次进行盖板修配，直至符合装配精度要求。

完成盖板的正式安装后，对所有螺钉进行力矩处理。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种异形弧面搭接盖板装配工装，其特征在于，包括L型工装、定位工装、高合垫块和垫片；

所述L型工装用于测量相邻盖板单元搭接后，相邻盖板单元上下搭接处形成的水平缝隙的尺寸；所述L型工装包括检测工装和测量工装；所述检测工装第一侧边厚度与水平缝隙目标尺寸相等，用于对水平缝隙尺寸进行初步检测；所述测量工装第一侧边厚度小于水平缝隙目标尺寸，用于预估盖板打磨量；

所述测量工装第一侧边厚度为水平缝隙目标尺寸的1/3~2/3；

所述高合垫块中心位置设置有通孔，用于螺钉通过；所述垫片中心设置有与安装孔尺寸相同的通孔，用于定位工装或螺钉通过；

所述高合垫块或垫片设置在盖板单元下方，用以通过打磨突出盖板单元下方的高合垫块或在凹陷盖板单元下方整体增加垫片，调整相邻盖板单元上表面阶差；

所述定位工装用于在盖板单元试装配时对盖板单元进行固定；所述定位工装包括第一定位螺钉、第二定位螺钉和第三定位螺钉；所述第一定位螺钉用于盖板单元上平头螺钉变形协调部位试装配；所述第二定位螺钉用于盖板单元上沉头螺钉变形协调部位试装配；所述第三定位螺钉为备用工装；所述定位工装用于在试装配的过程中代替正式装配时用的固定螺钉。

2.一种异形弧面搭接盖板装配方法，其特征在于，采用权利要求1所述的异形弧面搭接盖板装配工装，包括以下步骤：

步骤1.盖板试装配；

步骤2.拆卸所述盖板；

步骤3.正式安装所述盖板；

所述盖板由多个盖板单元装配而成；相邻盖板单元之间的缝隙包括第一竖直缝隙、水平缝隙和第二竖直缝隙；

所述步骤1中，盖板试装配包括以下步骤：

步骤101.调整相邻盖板单元上表面阶差，保证盖板无逆气流阶差；

步骤102.对相邻盖板单元之间的缝隙进行调整；

所述步骤101中，当所述阶差不符合要求时，通过打磨突出盖板单元下方的高合垫块或在凹陷盖板单元下方整体增加垫片进行调整；

调整完所述阶差后，采用定位工装将所述盖板单元固定在进气道上；

所述步骤102中，对所述水平缝隙进行调整：

采用检测工装第一侧边对水平缝隙进行检测，当检测工装第一侧边能够进入所述水平缝隙时，所述水平缝隙尺寸合格；当检测工装第一侧边不能进入所述水平缝隙时，所述水平缝隙小于目标尺寸，所述水平缝隙不合格；

当水平缝隙不合格时，采用测量工装第一侧边对水平缝隙进行测量，预估盖板单元打磨量，通过对盖板单元形成水平缝隙的区域进行打磨，将水平缝隙调整到位；或通过增减盖板单元下方的垫片将水平缝隙调整到位；

对所述第一竖直缝隙和第二竖直缝隙进行调整：

采用游标卡尺测量第一竖直缝隙和第二竖直缝隙尺寸，根据目标尺寸对盖板单元形成第一竖直缝隙和第二竖直缝隙的区域进行打磨，将第一竖直缝隙和第二竖直缝隙调整到位。

3.根据权利要求2所述的异形弧面搭接盖板装配方法，其特征在于，所述盖板单元内型面为与所述进气道相匹配的弧面，所述内型面上设置有第一凸台，所述进气道相应位置设置有第二凸台；

所述第一凸台和第二凸台用于盖板单元的在所述进气道上的安装，装配时，所述第一凸台与所述第二凸台对齐。

4.根据权利要求3所述的异形弧面搭接盖板装配方法，其特征在于，所述第一凸台和所述第二凸台设置有多个。

5.根据权利要求2-4任一项所述的异形弧面搭接盖板装配方法，其特征在于，所述装配方法还包括步骤4.螺钉力矩处理。

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