王少杰

【摘要】對(duì)于受損嚴(yán)重的A320s雷達(dá)罩部件，更換殼體是其重要修理方法之一，也是該部件最高層級(jí)的修理方法。本文對(duì)雷達(dá)罩更換殼體工作難度問題進(jìn)行分析，通過引入數(shù)字化技術(shù)手段，為維修企業(yè)在沒有專用定位型架的情況下進(jìn)行雷達(dá)罩更換殼體工作提供了一種全新的、標(biāo)準(zhǔn)的定位方法，同時(shí)也提出了用以替代裝機(jī)測(cè)試的校驗(yàn)方法。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá)罩;定位;數(shù)字化技術(shù)

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.03.024

Standard Positioning Method for Replacing Shell of A320s Radar

WANG Shao-jie

（School of Aeronautics and Astronautics，Shenyang Aerospace University，Shenyang 110136，China）

Abstract：For the severely damaged A320s radome component，replacing the casing is one of its important repair methods，and it is also the highest-level repair method for the component. This paper analyzes the difficulty of replacing the shell of the radome. By introducing digital technology，it provides a new and standard positioning method for maintenance companies to replace the shell of the radome without a special positioning frame. At the same time，it also puts forward a calibration method to replace installation test.

Key words：radome;position;digital technology

1A320s雷達(dá)罩簡(jiǎn)介及換殼意義

1.1雷達(dá)罩部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介及修理尺寸確定

雷達(dá)罩部件的主要作用是保護(hù)民航客機(jī)的氣象雷達(dá)，由復(fù)合材料殼體和金屬框架組成，其殼體部分的外形為復(fù)雜的雙曲面，金屬框架主要用于支撐殼體部分，同時(shí)將殼體部分與機(jī)身相連接，其中鎖組件及鉸鏈組件是連接雷達(dá)罩部件與機(jī)身的重要結(jié)構(gòu)。

作為機(jī)身最前端的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件，雷達(dá)罩殼體在使用過程中容易受到雷擊、鳥擊等各種類型損傷。根據(jù)不同損傷類型，客機(jī)生產(chǎn)廠家編寫的部件翻修手冊(cè)（CMM）中提供了多種不同的修理方案。對(duì)于多次修理過的雷達(dá)罩或具有多處損傷的雷達(dá)罩，部件翻修手冊(cè)（CMM）提出了如下要求：

1）當(dāng)殼體上存在原有修理時(shí)，新增損傷完成修理后鋪層外邊緣與原有修理鋪層最外邊緣間距離Y最小值為150mm，當(dāng)Y≤150 mm時(shí)，需將原有修理與新增的損傷合并為一處損傷。

2）當(dāng)殼體中有多于一處損傷時(shí)，對(duì)于相鄰的兩處損傷，首先取損傷部分的最長(zhǎng)距離為直徑畫圓，測(cè)出兩圓之間的距離X，然后根據(jù)兩處損傷直徑的最大值及兩圓間距離X間的關(guān)系，按照?qǐng)D1判斷是否將兩處損傷合并為一處。

1.2更換殼體意義

受雷達(dá)罩修理尺寸確定方法的限制，當(dāng)雷達(dá)罩幾處損傷或損傷與原有修理之間的間距不足時(shí)，需要合并為一處修理，故多次修理后，小面積的損傷也容易引起大面積的修理;除此之外，當(dāng)雷達(dá)罩遭遇嚴(yán)重鳥擊時(shí)，由于其殼體的主要部分為蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，耐沖擊性能差，容易造成大面積穿透性損傷。

當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，有以下三種處理方法：

1）采用熱粘接方法，去除損傷后重新鋪層，但對(duì)于大面積損傷的雷達(dá)罩，修理過程中需要高精度的模具及大型熱壓罐保證修理質(zhì)量，而大部分維修企業(yè)并不具備上述條件;

2）更換整個(gè)雷達(dá)罩部件，從廠家訂購?fù)暾睦走_(dá)罩部件的價(jià)格大約為70萬元人民幣;

3）保留雷達(dá)罩金屬部件，只更換受損的雷達(dá)罩殼體部件，訂購殼體改裝包為21萬元人民幣。

由上述可知，為雷達(dá)罩更換殼體的經(jīng)濟(jì)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于更換整個(gè)雷達(dá)罩部件，且其施工難度也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于粘接修理，故修理尺寸較大時(shí)，更換殼體是一種具有較高性價(jià)比的雷達(dá)罩修理方法。

2更換殼體流程及定位方法研究

2.1雷達(dá)罩定位要求及難點(diǎn)

在定位過程中，對(duì)金屬件及殼體件的相對(duì)位置有如下要求：

1）鎖組件中的鎖柄距離新殼體預(yù)留孔左右兩側(cè)邊緣的距離相等;

2）鎖組件的止擋部分與雷達(dá)罩殼體邊緣部分的高度差為（22.5±0.5）mm;

3）鉸鏈接頭球體的中心距離雷達(dá)罩殼體的對(duì)稱面距離為（331±0.25）mm;

4）鉸鏈接頭球體中心與殼體層合板邊緣部分高度差為（76.5±0.5）mm。

由于缺少專用的定位型架，更換殼體改裝工作的主要難點(diǎn)在于雷達(dá)罩殼體與金屬部件之間定位過程，由于雷達(dá)罩殼體尺寸較大且其外形為復(fù)雜的雙曲面，故上述定位參數(shù)難以通過傳統(tǒng)維修工藝中的測(cè)量手段進(jìn)行確定。

2.2雷達(dá)罩定位方法設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析，許多數(shù)據(jù)無法通過傳統(tǒng)維修工藝中的測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)，所以我們?cè)诙ㄎ还ぷ髦幸肓岁P(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x及三維掃描儀等數(shù)字化測(cè)量設(shè)備，為雷達(dá)罩殼體建立三維數(shù)模，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一套有別于傳統(tǒng)測(cè)量手段的定位方法，完成雷達(dá)罩殼體與金屬件間的定位工作，具體定位方法如下：

1）使用三維攝影掃描設(shè)備對(duì)雷達(dá)罩殼體表面數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集后通過數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，去除噪點(diǎn)，得到雷達(dá)罩殼體三維數(shù)模;

2）將雷達(dá)罩殼體放置在固定架上，使其能夠在修理過程中保持穩(wěn)定，同時(shí)將關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x置于雷達(dá)罩殼體內(nèi)部中心位置;

3）將金屬件放置在殼體內(nèi)表面，通過夾具使金屬件與殼體內(nèi)表面貼合;

4）使用游標(biāo)卡尺測(cè)量鎖柄距離新殼體預(yù)留孔左右兩側(cè)邊緣的距離，調(diào)整鎖位置，使其距離兩側(cè)邊緣距離相等;

5）通過關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x采集雷達(dá)罩層合板邊緣數(shù)據(jù)點(diǎn)，在軟件中構(gòu)建其所在的平面，使用關(guān)節(jié)臂測(cè)量鎖組件止擋部分與所建平面的高度差，將其調(diào)整為（22.5±0.5）mm，調(diào)整結(jié)束后將鎖組件夾緊，確定其空間位置;

6）雷達(dá)罩殼體中心對(duì)稱面的確定，首先通過雷達(dá)罩上部避雷條四個(gè)固定樁的中心的位置，在殼體上引出一條參考線，通過對(duì)比該對(duì)稱面與引出直線間的偏差值，即可在殼體上獲得該對(duì)稱面與殼體表面的相交線，如圖2所示;

7）通過確定的殼體對(duì)稱面，設(shè)計(jì)如圖3所示定位工裝，將其中心部分與殼體上的相交線對(duì)齊，左右兩端與左右兩側(cè)鉸鏈相連，即可保證鉸鏈接頭球體的中心距離雷達(dá)罩殼體的對(duì)稱面距離Y為（331±0.25）mm;

8）通過關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x采集鉸鏈接頭球體所在球面的數(shù)據(jù)，在軟件中對(duì)掃描得到的球體特征與平面特征進(jìn)行空間測(cè)量得到其高度差，將該高度差調(diào)整為（76.5±0.5）mm，調(diào)整結(jié)束后將鎖組件夾緊，從而完成雷達(dá)罩更換殼體定位工作。

2.3換殼后校驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

雷達(dá)罩完成換殼后，需要測(cè)量雷達(dá)罩與機(jī)身間的階差值，從而校驗(yàn)雷達(dá)罩的修理質(zhì)量?？蜋C(jī)生產(chǎn)廠家制定的部件翻修手冊(cè)（CMM）中給出15個(gè)參考點(diǎn)坐標(biāo)值，在各參考點(diǎn)與雷達(dá)罩外表曲面相切的方向?yàn)門方向，與雷達(dá)罩外部曲面垂直的方向?yàn)镹方向。手冊(cè)中允許的階差值為：T方向，各參考點(diǎn)（P1—P15）的階差值允許范圍為+0.75 mm/-1.25 mm;在N方向，各參考點(diǎn)（P1—P15）的階差值允許范圍為+0.5 mm/-0.5 mm。

該階差值可以通過裝機(jī)測(cè)試后測(cè)量獲得，但此方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，我們可以通過數(shù)字化測(cè)量手段在計(jì)算機(jī)上完成該過程，具體方法如下：

1）在計(jì)算機(jī)上建立坐標(biāo)系，選取雷達(dá)罩鉸鏈組件球體中心連線的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn);

2）對(duì)完成回裝的雷達(dá)罩部件，采集其殼體邊緣及金屬件部分點(diǎn)云數(shù)據(jù)，處理后得到的三維模型;

3）在CATIA軟件中按照手冊(cè)中要求的坐標(biāo)系及標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)值建立15個(gè)參考點(diǎn)（P1—P15），將經(jīng)過處理的三維數(shù)據(jù)模型中鉸鏈接頭球體中心連線的中點(diǎn)與CATIA軟件中的坐標(biāo)系原點(diǎn)對(duì)齊，同時(shí)將模型的方向按照手冊(cè)中的要求與坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸對(duì)齊;

4）將根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)值建立的參考點(diǎn)擬合成一條封閉的光滑曲線，在曲線上的每個(gè)參考點(diǎn)做垂直于曲線的法線，然后以該法線為基準(zhǔn)在各個(gè)參考點(diǎn)做曲線在各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法平面，在軟件中完成上述工作后得到的三維數(shù)模，如圖4所示;

5）取各法相截面與數(shù)模邊緣曲線的交點(diǎn)，該點(diǎn)即為與各參考點(diǎn)相對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際空間位置，在軟件中測(cè)量該點(diǎn)與參考點(diǎn)在空間上的距離。取建立的法相平面與三維模型相交的曲線，做該曲線的切線與法線，得到T方向與N方向，將測(cè)量所得的距離在T方向與N方向上投影，通過計(jì)算即可獲得所需階差值。

3結(jié)語

通過在雷達(dá)罩部件換殼修理中引用數(shù)字化測(cè)量設(shè)備及技術(shù)，為雷達(dá)罩換殼修理提供了一種新的定位及校驗(yàn)方法，能夠使維修企業(yè)在沒有專用定位型架的情況下完成雷達(dá)罩更換殼體工作，提高了維修效率與質(zhì)量，同時(shí)也為飛機(jī)維修中的其他定位工作提供了一種新的思路。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭輝.關(guān)節(jié)臂式柔性三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].天津：天津大學(xué)，2005.

[2]朱旭勝，陳雪梅，謝穎.高精度數(shù)字化測(cè)量技術(shù)在飛機(jī)制造業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].制造技術(shù)及機(jī)床，2019（5）：48-53.

[3]李健.A320系列飛機(jī)雷達(dá)罩的結(jié)構(gòu)損傷與修理[J].航空維修與工程，2010（4）：39-41.

[4]胡耀平.波音737NG飛機(jī)雷達(dá)罩損傷分析和修理[J].航空維修與工程，2018（11）：33-35.

[5]李翔，李興福.空客A320系列飛機(jī)雷達(dá)罩防靜電涂層電連續(xù)性問題研究[J].航空維修與工程，2021 （3）：45-47.

[6]張毅，司曉亮，李亞美，等.飛機(jī)雷達(dá)罩雷電防護(hù)設(shè)計(jì)仿真研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，42（9）：1222-1226+1291.

[7]吳燕斌，何曉雪，朱遠(yuǎn)見.一種飛機(jī)雷達(dá)罩定位銷受力分析[C]//“測(cè)試性與智能測(cè)控技術(shù)”：2018年中國(guó)航空測(cè)控技術(shù)?？?018：426-428.