飞机天线罩成形模具型面修正技术研究.pdf

EXPERMENT&PesA试验研究
文章编号:1672-0121(2011)02-0087-04
飞机天线罩成形模具型面修正技术研究
曾祥财,王仲奇,李西宁
(西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,映西西安710072)
摘要:飞机复合材料天线罩是雷达的防护部件,为雷达提供了发射和接收电磁的窗口。针对飞机复合材
料天线罩在加热固化成形过程中的变形问题,在原材料、成形设备和成形工艺不变的情況下,在模具设计时
对天线軍固化过程中的变形进行补偿。通过成形后天线罩外形数据与天线罩理论数据的匹配,算出天线罩成
形过程中的变形量,在天线罩成形模具设计时就对模具型面做相应的补偿,减少试模及修模次数,得到更高
精度外形尺寸的天线軍。
关键词:机械制造;型面修正;天线罩;模具;飞机
中阳分类号:TH164文献标识码:A
引言
试模及修模的次数从而得到更高精度外形尺寸的天
天线罩的主要功能是保护單内天线系统免受任线罩。
何形式的损伤和破坏,同时又应为该系统的电磁明
窗叫。飞机天线罩既要满足气动要求,又要满足透波2变形后曲面数据采集与处理
性能的要求,其表面精度直接影响雷达辐射脉冲与
天线罩成形模具型面修正流程如图1所示。天
接收回波的质量,因此,必须严格整制其表面精度。线單产品变形后的外形曲皕数据来源有两个:①在
复合材料具有重量轻、强度高、电气性能好、耐化学研究复合材料天线罩成形工艺和复合材料热变形有
腐蚀和耐候性好等特点,成为制造天线罩的理想材限元分析技术的基础上,制定天线罩热变形分析方
料。复合材料天线罩外形复杂且采用热压罐成形,成案,建立天线罩有限元模型,进行天线軍热变形模拟
形模具以铸铝或铸铁为基体材料,由于模具材料与仿真,计算天线罩热变形。如果变形量在允许范围内
天线罩材料热膨胀系数的差异,以及复合材料固化则天线罩产品合格,否则进行模具型面修正。②利用
过程中加温加压对模具造成的应力应变影响叫,高温数控测量机洲量天线实物的外形曲面,得到天线
固化后,构件在室温下的实际形状会与构件固化以單变形后的点云数据,将测量点云数据与天线單设
前的原形存在不同程度的差异,这种差异就是固化
天线罩三维
变形,固化变形使得生产出的天线置难以满足气动
设计模型
外形、透波性能及装配要求,如某型飞机外翼翼尖天
天线罩设计
线在装配时发现误差最大达到10m,给装配协か「天线軍成程热变形有限山天线罩模拟
曲面
调带来较大困难。
模具型面元模拟変形后型面
针对飞机天线罩在加热固化过程中变形问题,
变形曲面与设
计曲面匹配
在原材料、成形设备和现有的成形工艺不交的情況天线罩产品」测量机测量」测量点云
下,在模貝设计时对天线單固化过程中的变形进行
实物1天线罩产品数据
曲面误差
补偿。通过成形后天线罩外形数据与天线罩理论数
据的匹配,算出天线單成形过程中的变形量,在天线
变形量
罩成形模具设计时对模具型面做相应的补偿,减少
模县型面修正
满足误差
要求?
基金项目:国防基础科研资助项目(D0620070101)
是
收稿日期:2010-12-29
天线罩合格,最
终修正曲面
作者简介:曾祥财(1985-),男,硕士在读,主攻计算机辅助制造及模
长魁樂出哪上
具方向研究
图1天线罩模具型面修正流程图
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试验研究
计曲面进行曲面匹配并计算变形量。如果变形量在
最高点
允许范围内则天线罩产品合格,否则进行模具型面
修正
天线罩热变
以某厂提供的经过热变形后的天线罩产品实物
形后曲面
为对象,并用数控测量机对其进行了外形曲面的测
量,得到了外形曲面的点云数据,并通过对天线罩设
天线單设
计曲面的离散得到设计曲面离散点云。以测量点
计曲面
数据作为天线罩变形后外形曲面的离散点,与天线
图2基于最高点及其法线不变的曲面匹配示意图
罩设计曲面的离散点进行曲面匹晒配,进而计算出天
度和操作,测量曲面真实的最高点往往难以找到,测
线罩产品的变形量。曲面的匹配,就是在仿射空间量点云的最高点只是真实最高点附近的点,设计曲
中,在粗略对齐的初始条件及平移和旋转两种变换
面的离散点云数据得到的最高点也只是最高点附近
的约束下,使得两个曲面能够最大限度的重合。由
的点。如果最高点附近点云密度较大,可忽略误差,
于扫描设备本身的缺陷,被测数据受被测零件表面直接将点云最高点设为曲面的最高点。如果最高点
质量的影响,不可避免地在数据的获取过程中会产附近点云密度较小,可利用 MATLAB将近似最高点
生一些请如“跳点”或者“坏点”的异常数据。因此,附近的点云进行插值拟合找到最高点。
应对测量数据进行预处理,效据预处理有噪声处理
利用逆向工程中曲面的反求,将最高点处的点
多视拼合等,增强数据的合理性及完备性?。奇异点
云进行曲面拟合,两组点云数据采用相同的插值拟
的存在往往会对结果产生极大的影响?它会使曲面合方式得到最高点处点云数据曲面片参数方程。在
匹配的最优解不是实际变形的最优解,因此,别除奇曲面参数方程r=(u,)上一点p(z2,n)处总有一条
异点非常重要。设计曲面的离散数据较为平整,无需线和υ线,4向切矢:
再进行奇异点处理,而测量数据点云中存在的明显
的奇异点,在 ANIA中需人为的把远离曲面的奇异
ra;;)ニ
点找出别除。
2向切矢
r,(42,)
基子最高点及其法线方向不变的曲面匹配
天线罩成形模具设计时模具的型面直接采用天
求出通过最高点P处的两个偏导矢,由最高点
线罩设计曲面,即天线罩设计曲面与模具的设计型的两个偏导矢计算最高点的法矢:
面是一样的,因此,根据天线罩设计曲面与变形后曲
ni=r (uo, vo)r, (uo, vo)
面的匹配,计算天线罩变形量,并用该结果对模具的32变形前后最高点及其法线方向重合
型面进行修正是合理的。
设(xn,yA,z)为设计曲面的最高点坐标,(x,y,
由天线罩实物可知天线罩曲面的顶点处基本不の)为测量曲面的最高点,将设计曲面、测量曲面分
变形,由于顶点在测量时是z轴方向最高点,因此,别接向量(ーx-,ー)及向量(ーx,ーy,ーzx)平移,使
把它叫做最高点。原来的最高点在天线罩热变形后得最高点与坐标原点重合,并根据最高点法线方向,
相对于其他点仍旧是最高点,天线罩设计曲面最高利用旋转变换矩阵使最高点法线()重合,如图3
点的法线方向是天线罩的设计中心线,而变形后对所示。
天线罩的多余部分的数控切边及检测也都是根据中
设旋转前点的坐标为(x,y,2),旋转后坐标为(x
心线来确定的,因此,可忽略天线罩最高点处的微小y',z'),则有:
変形及最高点处法线方向的微小变化。假设最高点
n(n')
及其法线方向不变,以此作为曲面匹配的约東条件
基于最高点及其法线方向不变的曲面匹配示意图如
来图2所示。
3.1找最高点及其法线
设计曲面开口垂直于X轴,而测量曲面开口垂
直于Z轴,将设计曲面、测量曲面分别按X,Z轴坐
标进行排序,即可找到各自最高点。由于测