基于数字孪生的航空发动机配合界面装配分析

doi:10.7527/S1000-6893.2024.29800

航空发动机数字孪生专栏

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基于数字孪生的航空发动机配合界面装配分析

李瑾岳¹, 张鹏飞¹(), 郭跃成², 徐茂程³, 赵罡¹^,³

^1.北京航空航天大学航空发动机研究院，北京 100191
^2.中国航发湖南动力机械研究所，株洲 412000
^3.北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京 100191

收稿日期:2023-10-30 修回日期:2023-11-20 接受日期:2024-01-31 出版日期:2024-11-15 发布日期:2024-04-19
通讯作者: 张鹏飞 E-mail:ftd423@buaa.edu.cn
基金资助:
国家科技重大专项(J2022-VII-0001-0043)

Assembly analysis of aero-engine mating interface based on digital twin

Jinyue LI¹, Pengfei ZHANG¹(), Yuecheng GUO², Maocheng XU³, Gang ZHAO¹^,³

^1.Research Institute of Aero-engine，Beihang University，Beijing 100191，China
^2.AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute，Zhuzhou 412000，China
^3.School of Mechanical Engineering and Automation，Beihang University，Beijing 100191，China

Received:2023-10-30 Revised:2023-11-20 Accepted:2024-01-31 Online:2024-11-15 Published:2024-04-19
Contact: Pengfei ZHANG E-mail:ftd423@buaa.edu.cn
Supported by:
National Science and Technology Major Project of China(J2022-VII-0001-0043)

摘要/Abstract

摘要：

随着航空发动机零部件加工精度、质量稳定性的提升，装配精度逐渐成为影响产品精度的关键因素。目前已有基于数学模型的装配误差分析方法，能够实现配合界面形位偏差对产品最终装配偏差影响的预测。然而，这些方法受到建模方法的限制，对配合界面的几何物理信息进行了简化拟合，虽然能够提高计算分析的便捷性，但也导致其无法足够准确地表征表面形貌偏差特征，进而导致无法准确分析其对装配的影响。特别是面向航空发动机等精密机械产品，装配配合界面形貌的微小几何偏差会在大载荷条件下对产品质量、稳定性产生重要影响。因此，提出一种基于数字孪生的装配偏差分析方法。以数字孪生技术为框架，使用肤面模型作为特征表面的建模方法，结合实测数据驱动的多因素仿真模型，实现装配界面变动对装配精度影响的综合分析。开发了发动机装配界面试验件，并通过对比试验和模拟结果，验证了所提出数字孪生方法的有效性。

关键词: 航空发动机, 配合界面, 数字孪生, 装配分析, 形貌测量, 数字化仿真

Abstract:

With the improvement of machining accuracy and quality stability of aero-engine parts， assembly accuracy has gradually become the critical factor affecting product accuracy. To predict the influence of form and position deviation of mating surfaces on the product final assembly deviation， assembly error analysis methods based on mathematical models have been developed. However， these methods are constrained by modeling limitations， leading to a simplified approximation of the geometric and physical information for the mating interfaces. While the convenience of computational analysis is enhanced， the accurate representation of surface morphology deviations is hindered， thereby， resulting in the inability to precisely analyze their influence on the assembly process. Especially for precision mechanical products， such as aero-engine， small deviations could have an important impact on product quality and stability under large load conditions. Therefore， an assembly deviation analysis method based on digital twin is proposed. This solution leverages the digital twin technology as the framework， utilizes the skin model shapes as the modeling method of the mating surface， and combines the data-driven multi-factor simulation model to realize the comprehensive analysis of influence of the assembly mating surface deviation on the assembly accuracy. A set of engine assembly interface test work pieces are performed， and the effectiveness of the proposed digital twin method is verified by comparing the experiment with simulation results.

Key words: aero-engine, mating interface, digital twin, assembly analysis, surface measurement, digital simulation

中图分类号:

V263.2

李瑾岳, 张鹏飞, 郭跃成, 徐茂程, 赵罡. 基于数字孪生的航空发动机配合界面装配分析[J]. 航空学报, 2024, 45(21): 629800.

Jinyue LI, Pengfei ZHANG, Yuecheng GUO, Maocheng XU, Gang ZHAO. Assembly analysis of aero-engine mating interface based on digital twin[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(21): 629800.

图/表 19

图 1

图 2

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图 14

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图 16

图 17

表1

图 18

参考文献 48

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

项目	方法	零件1	零件2	零件3
安装相位角/（°）	现有设备预测	0	176	237
安装相位角/（°）	数字孪生方法预测	0	180	236
同心度/mm	实测数据	0.010 7	0.037 6	0.027 5
	现有设备预测	0.004 7	0.026 6	0.023 9
	数字孪生方法预测	0.004 8	0.026 4	0.023 7

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