数字仿真装配技术在航空发动机中的应用

辛可忠

摘要：随着科技的不断发展，数字仿真技术已经成为现代制造业中不可或缺的一部分，数字仿真技术能够模拟真实世界的物理过程和现象，为机械装配提供更加高效便利的工具，不断提高装配质量和效率。因此文章探讨了航空发动机装配中数字仿真装配技术的具体应用，为相关领域的研究和实践提供参考。

关键词：航空发动机装配；数字仿真装配技术；应用研究

引言

航空发动机装配难度大，精度要求高。为了提高装配质量和效率，必须积极探索更为高效精确的装配技术和工艺。在此背景下，做好数字仿真装配技术的研究应用具有重要的作用。

1数字仿真装配技术的概述

数字仿真装配技术是一种利用计算机仿真技术对产品装配过程进行模拟和评估的技术。它通过定义每个零件的装配路径和工艺流程，实现产品装配过程的三维动态仿真，以评价产品的可装配性、可维护性，并发现工艺设计过程中的错误。数字仿真装配技术包括数字化建模、数字化装配、数字化评价和数字化制造等环节。其中，数字化建模是基础，它通过三维CAD软件建立产品的数字化模型，为后续的仿真提供数据基础；装配则是关键，通过仿真技术实现产品零件的虚拟装配，评估产品的可装配性和工艺流程的合理性；评价和制造则是数字化装配的核心和最终目标，通过对仿真结果的分析评价，来完成对装配工艺的优化和规范，不断提高生产效率和产品质量[1]。

2数字仿真装配技术在航空发动机装配中的应用优势

数字仿真装配技术在航空发动机装配中的应用具有显著的优势。首先，通过在虚拟环境中模拟装配过程，数字仿真装配技术能够优化装配路径和操作顺序，从而提高装配效率，缩短装配周期。其次，数字仿真装配技术可以在实际装配之前发现潜在的问题和错误，避免在装配过程中出现返工和修复，从而降低生产成本和减少材料浪费。再者，数字仿真装配技术还能够对装配过程中的各个环节进行精确的模拟和预测，确保装配的准确性和一致性。通过碰撞检测等功能，数字仿真装配技术能够避免零件之间的碰撞和干涉，进一步提高装配质量[2]。最后，数字仿真装配技术可以生成详细的装配过程文档和报告，为后续的维护检修工作提供便利。除此以外，通过模拟不同维护条件下的发动机性能，数字仿真装配技术可以为制定合理的维护计划提供支持。

3数字仿真装配技术在航空发动机中的应用

3.1模拟装配过程，优化装配工艺

在航空发动机的装配过程中，数字仿真技术发挥着至关重要的作用。通过数字仿真技术，可以对装配过程进行精确的模拟，从而优化装配流程，提高装配效率。在实际的装配过程中，零件之间的配合和装配顺序是非常关键的。如果装配顺序不正确或者零件配合不紧密，就可能导致发动机性能下降或者出现故障。而数字仿真技术可以对装配过程进行模拟，预测可能出现的问题，并及时进行调整和优化。例如，通过数字仿真技术，可以对装配过程中的力矩、扭矩、摩擦力等参数进行精确的模拟和预测，从而确定合适的装配力矩和扭矩，优化装配工艺，确保零件之间的紧密配合[3]。同时，数字仿真技术还可以对装配过程中的碰撞和干涉进行检测，避免实际装配过程中出现的问题。此外，数字仿真技术还可以对装配过程中的温度、湿度、压力等环境因素进行模拟和预测。这有助于确定合适的装配环境条件，确保发动机的性能和可靠性。

3.2预测零件配合精度

配合精度是发动机性能的关键因素之一，如果零件之间的配合精度不足，可能会导致发动机性能下降、磨损增加甚至出现故障。通过数字仿真技术，可以对零件之间的配合关系进行精确的模拟，比如模拟不同零件之间的接触面积、接触应力、摩擦力等参数，以及预测不同配合条件下的配合精度。在数字仿真技术的帮助下，就能够预测出不同零件之间的实际配合精度，从而及时发现潜在的问题和不足。这有助于优化零件设计，提高零件的制造精度和质量，进一步保证发动机的性能和可靠性。此外，数字仿真技术还可以对零件配合精度的变化趋势进行预测。例如，随着发动机的使用时间和磨损程度的变化，零件之间的配合精度也会发生变化。通过数字仿真技术，可以预测出这些变化趋势，从而及时采取相应的措施进行维护和修复，确保发动机的性能和可靠性。总之，数字仿真技术可以对零件的配合精度进行预测，模拟不同零件之间的配合关系，从而预测出实际配合精度，为零件优化设计和发动机性能的提升作出帮助。

3.3分析装配过程中的应力变化

在航空发动机的装配过程中，零部件之间会因为配合、连接等因素产生应力。这些应力在发动机运行时会对零部件产生影响，可能导致应力集中、疲劳裂纹等问题，影响发动机的性能和可靠性。而利用数字仿真技术，就可以精确分析装配过程中的应力变化情况。通过模拟不同零件之间的配合和连接过程，就可以预测出应力集中区域和应力变化情况，从而找出装配工艺中存在的问题和不足。例如，在某型航空发动机的装配过程中，通过数字仿真技术对涡轮盘和涡轮轴的配合过程进行模拟和分析，发现涡轮盘和涡轮轴之间的配合区域存在应力集中的现象，在涡轮盘和涡轮轴之间的配合区域，应力值最高达到200MPa，超过了材料的承受极限（150MPa），然后通过调整涡轮盘和涡轮轴的配合面的形状、尺寸和材料厚度，经过优化设计后，应力值最高降低到170MPa，但仍高于材料的承受极限，之后通过进一步的热处理优化，将应力值降低到了150MPa以下，有效地降低了应力集中风险，提高了发动机装配质量。此外，数字仿真技术也可以模拟和预测装配过程中的应力变化趋势，根据应力变化趋势来优化装配工艺和措施。

3.4装配质量检测

数字仿真技术在航空发动机装配质量检测中的应用，为工程师们提供了一种高效、准确的质量控制手段。通过数字仿真技术，可以模拟整个装配过程，对装配过程中的各个关键环节进行详细的分析和评估，从而确保发动机的装配质量。比如模拟零件的定位、装配顺序、连接方式等各个装配环节，这样就可以观察采集零件的配合精度、连接强度等关键指标，设计要求和标准进行对比，从而判断装配质量是否符合要求。

3.5虚拟仿真培训

虚拟仿真技术不仅可以用于优化装配工艺，还可以用于虚拟装配培训。在传统的装配培训中，操作人员需要在真实的发动机上进行操作训练，这不仅需要大量的时间和资源，还具有一定的风险性。而虚拟仿真技术则可以在没有实际发动机的情况下进行操作训练。首先，虚拟仿真技术可以模拟真实的装配环境，通过建立虚拟的装配场景和模型，可以模拟发动机的实际装配过程，让操作人员身临其境地进行操作训练。这种训练方式具有高度的真实感和沉浸感，可以提高操作人员的技能水平和熟练度。其次，通过对操作过程的模拟和数据分析，可以对操作人员的技能水平和熟练度进行评估，提供及时的反馈和建议，持续提升装配技能水平。

结语

综上所述，数字仿真装配技术在航空发动机装配中具有良好的应用效果。在具体应用过程中，可以利用数字仿真装配技术模拟发动机装配的过程、预测零件配合精度、分析装配过程中的应力变化、装配质量检测和虚拟仿真培训等，有效促进了航空发动机装配效率和质量的提升。未来，随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，数字仿真装配技术将在航空发动机领域发挥更大的作用，不断促进航空发动机装配技术水平和质量的提升。

参考文献

[1]辛朝阳.基于飞机数字化装配工艺的仿真技术研究[J].科技创新与应用,2023,13(19):114-117.

[2]刘晓波,张世强,张道男等.航天产品虚拟装配工艺仿真技术应用研究[J].今日制造与升级,2023,(02):91-94.

[3]陈凯,唐湘林,叶飞等.航空发动机转子装配工艺仿真与预测研究[J].风机技术,2021,63(01):72-78.