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CAD/CAM技术下机翼理论模线的绘制方法及重要性

【摘要】:随着CAD/CAM 技术及其应用深度和广度的提高,理论模线的作用和重要性将进一步减弱。②理论模线上纵、横切面同一尺寸的公差应为0.1~0.2 m m。下面以机翼理论模线为例,介绍这类部件理论模线的绘制内容及方法。机翼理论模线包括3 个部分,即翼肋综合切面模线(即把各翼肋切面外形按

按照飞机理论图纸和飞机工艺要求进行设计,以飞机部件、组件的理论外形和结构轴线为主要绘制内容,以1∶1 的比例精确地画在金属平板或聚酯薄膜上的图样,被称为飞机理论模线。

在应用飞机外形数学模型和数控绘图技术之前,理论模线是保证飞机外形的结构轴线正确与协调的唯一原始依据,是绘制结构模线和制造样板的主要依据之一。

应用计算机建立飞机外形数学模型并采用数控绘图技术以后,理论模线的地位发生了变化,不再是主要的原始制造依据。它的用途如下。

第一,作为飞机外形数学模型的直观精确图像,并验证飞机外形数学模型的正确性(包括光滑流线型)。

第二,作为数字量到模拟量之间的桥梁和CAD/CAM 技术的辅助手段;用于校核结构模线的剖面外形、结构轴线和斜角值,校核从飞机外形数学模型算出的各种数据;作为某些样板的制造或检验依据;量取某些外形或结构轴线的数据。

随着CAD/CAM 技术及其应用深度和广度的提高,理论模线的作用和重要性将进一步减弱。

理论模线设计的依据有飞机理论图(或飞机外形测绘数据表)、飞机结构图、研制工艺方案、部件互换协调图表、主要的表面标准样件样板图和夹具样板图、有关模线样板和CAD/CAM 技术应用的技术文件等。

在进行理论模线设计工作之前,必须认真阅读和审查上述图纸资料,对飞机理论图的阅读和审查尤为重要。

(1)对飞机理论图应进行以下方面的审查。

①部件外形定义符合飞机设计要求和工艺要求。

②部件外形定义要保证几何可能性和唯一性,无冗余和矛盾尺寸。

③所定义的曲面能完整地覆盖部件表面,无缺漏或重叠。

④保证各部分外形的协调性。例如,曲面间的光滑拼接、运动部分之间的合理间隙、相关部件之间的协调等。

⑤外形定义方法要便于建立外形数学模型和采用数控绘图,例如:

a.曲面划分要合理。相互拼接的几块小曲面最好合并,但复杂曲面应分解为几块较简单的曲面;

b.各曲面尽可能采用统一的数学形式给出;

c.避免或减少局部造型,例如鼓包或凹陷;

d.尽量用曲线、曲面代替直线、平面,避免折点和棱线;

e.离散点曲线的型值点应均匀分布。

⑥外形沿横向和纵向的流线要光滑,包括:

a.线条具有符合设计要求的凹凸性或直线性,没有多余的拐点;

b.离散点曲线的曲率变化均匀,线条流线光滑;

c.离散点曲线尽量改为二次曲线;

d.相互对接的二次曲线段在对接点上满足共轭条件。

(2)对理论模线提出如下绘制要求。

①理论模线的基准线和主要结构轴线位置以及按坐标数据绘制理论外形产生的公差范围为±0.1 mm~±0.15 mm。对于轴线的宽度、直线度,平行直线间的平行度,垂线的垂直度以及角度,其公差都应保证在规定的公差要求范围之内。

②理论模线上纵、横切面同一尺寸的公差(有时称理论外形线交点协调)应为0.1~0.2 m m。

③对于对称部件仅画其右部件,对于对称外形仅画其右半侧。这样可避免由重复绘制所引起的不一致性。

④模线视图方向一般情况应遵守由左向右看、由上向下看、由后向前看的原则。

⑤由于蒙皮厚度的各部分往往是不相同的,为了不使骨架外形出现台阶,故对理论外形(理论图给出的飞机外形)和蒙皮外形(飞机实际外形)视飞机速度和部件不同做不同的规定。对于高速飞机的翼面类部件,其蒙皮外形应定为与理论外形一致;对于低速飞机各部件以及大型飞机的机身和短舱等部件,可以把其骨架外形定为理论外形。

MD-82 飞机的理论模线与国产机种的模线大同小异。其特点是:模线绘制在明胶板上,并允许拼接;线条很均匀;在模线图板上画出坐标网格,但不画基准孔;数据标记采用多个坐标系,例如,在平尾综合切面理论模线上,前缘、前后梁之间的肋、尾翼基准肋和升降舵都分别按各自的坐标系给出数据。

在理论模线的绘制方法中,飞机的理论模线一般以部件或分部件为单位进行绘制。部件理论模线分为机身前段、机身后段、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、发动机短舱和起落架舱等。分部件理论模线的划分随飞机型别的不同而不同。一般有襟翼、襟翼舱、副翼、翼尖、驾驶舱、尾舱、舱门、各种整流罩和油箱等。分部件理论模线必须按相关部件理论模线来协调绘出。

根据飞机各部件外形的特点,理论模线可归结为两种类型:一类是单曲度外形的部件,例如机翼和尾翼等;另一类是双曲度外形的部件,例如机身和发动机短舱等。两种类型部件具有不同的理论外形,可分别介绍如下。

1.机身理论模线

如图3-12所示为机身理论模线示意图,它的绘制依据是飞机理论图。

图3-12 机身理论模线示意图

机身的理论模线包括机身综合切面模线、机身平面模线(包括机身侧视投影和俯视投影)、压缩模线和真实外形(不是投影外形)的长桁模线。

在机身理论模线上有设计基准线(水平基准线和对称轴线)、外形线、长桁轴线以及其他结构轴线。因为机身外形是左右对称的,所以,机身隔框切面外形相对于对称轴线只画一半。

综合切面模线是以水平基准线和对称轴线为重叠基准,将横切面的外形以1∶1 比例重叠绘制在一起的模线图。短舱则以水平基准线和垂直基准线为重叠基准画出。如果是翼面类部件,则以翼弦线为重叠基准。

平面模线是以1∶1 的比例画出的。对于大型飞机,由于其尺寸过大,只有对比较复杂的部件(如机身前段和尾段)才按1∶1 比例画出平面模线。而对外形比较简单的中段,可不画平面模线,或只画压缩模线。

压缩模线是将部件纵向切面的外形沿纵向以1∶5 或1∶10 的比例、沿横向以1∶1 比例画出的。压缩模线的作用:检查部件外形曲线是否为光滑流线和提供量取尺寸。

像机身和发动机短舱这类部件的外形,可利用平切面法、母线法和曲面片法等给出。有关曲面造型技术可参阅有关书籍,这里不做介绍。

2.机翼理论模线

飞机翼面类型的部件,例如机翼、水平尾翼、垂直尾翼、襟翼、副翼等(除翼尖外),其外形特点:曲线一般是单曲度的。这些部件以几个基准翼肋切面外形(即翼型)为控制曲线,在基准翼肋外形之间的同一百分比弦长处用直线相连,形成单曲度曲面。这种以直线为母线紧贴着两端的控制曲线滑动而产生的曲面,在数学上称为直纹曲面。

下面以机翼理论模线为例,介绍这类部件理论模线的绘制内容及方法。

机翼理论模线包括3 个部分,即翼肋综合切面模线(即把各翼肋切面外形按统一的弦线重叠画在一起)、平面投影模线和翼梁切面模线。其中最主要的是翼肋综合切面模线,它是绘制各翼肋切面结构模线和加工样板的主要依据。

图3-13为机翼理论模线示意图。从该图中可以看出,在机翼综合切面模线上,画有各翼肋切面的外形线、桁条的结构位置线、在各翼肋切面上翼梁的结构轴线。这些线条都是绘制结构模线和加工样板所必需的。

图3-13 机翼理论模线示意图

如何画平面模线视结构和外形而定,或画局部的,或不画。

对于机翼理论模线,一般先画基准翼肋外形,因为在机翼理论图上会给出几个基准翼肋位置和翼型数据;而对于中间各翼肋的外形数据,则可以根据直母线外形的特点,利用相似比例关系计算出来。