一种基于干涉预分析的航空发动机稳健调姿安装方法技术

本发明专利技术涉及一种基于干涉预分析的航空发动机稳健调姿安装方法，基于发动机与发动机舱实测数据，采用所提出的干涉预测方法分析干涉风险，计算无干涉的推进安装位姿及相应的定位器驱动量，实现狭窄空间发动机稳健、快速的安装。本发明专利技术特点在于：相对于采用激光雷达等通用大尺寸扫描设备的扫描方法，本发明专利技术扫描效率高，流程简单，设备成本亦大大降低；扫描精度受温度、气流、气压影响小。可提前预测发动机安装干涉并进行调姿修正，解决狭小空间发动机安装难以观测的问题；实现单人操作安全安装，节省大量人力资源。

【技术实现步骤摘要】
一种基于干涉预分析的航空发动机稳健调姿安装方法
本专利技术涉及发动机安装设备及方法领域，具体涉及一种基于干涉预分析的航空发动机稳健调姿安装方法。
技术介绍
发动机作为飞机最主要的需要周期性维护大部件，其安装时间与安全性直接影响飞机服役性能。目前，国内外发动机安装装置与方法主要有以下方法(1)申请号201610748915，专利名称为一种新型飞机发动机安装车、申请号为201910016417专利名称为一种用于涡扇飞机发动机的安装车、申请号为2010101515543专利名称为一种发动机自动化安装车；这些安装车及相应的安装方法具有人工指示自动化调姿能力，但由于发动机维修后与理论外形存在差异，飞行后发动机舱亦存在变形，二者最小配合间隙可小于10mm，在未明确发动机、发动机舱外形偏差前提下，无法确保发动机在狭小空间内、数米深度插配过程中的安全性，实际安装中仍需如传统安装中拆卸多处面板以提供人工观测窗口，总体安装时间极长，要求人员常达十余人。(2)论文《航空发动机自动调姿安装的设计与应用》作者赵爽忻在本论文中提出了在发动机上临时安装若干个摄像头的监控方法，但只能看到发动机最前端，后续结构插入中的碰撞难以观察，且相机数量多、安装准备时间长。(3)申请号为2010105453781专利名称为基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统及使用方法，这种方法成本过高、测量场构建与扫描时间周期长、对测量操作人员技术要求高、精度受环境温度湿度等影响大，因此这种方法目前在飞机制造部门发动机安装中偶有使用，但在军队、试飞站等发动机安装需求量更大的场合不适用。因此，目前在发动机安装领域，国内外还没有可同时满足安装高智能化水平但较低成本、高效率但确保安全的装置或方法。本申请人同日申请提出的《一种基于动态干涉分析的发动机安装方法与测量装置》，实现了发动机安装过程中的动态干涉分析，适用于发动机与发动机舱设计间隙较大或外形偏差较小情况下的动态高效安装。本专利技术提出基于干涉预分析的航空发动机稳健调姿安装方法，以解决现有的技术不足。
技术实现思路
1.所要解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种基于干涉预分析的航空发动机稳健调姿安装方法。本专利技术通过一种高效低成本的发动机外形以及发动机舱内壁全扫描，进而提前分析发动机安装是否出现干涉，以克服现有的狭小空间内安装安全性难以保障的问题。2.技术方案：一种基于干涉预分析的航空发动机稳健调姿安装方法，其特征在于：发动机安装测量装置包括发动机自动安装调姿结构以及相机；所述发动机自动安装调姿结构包括调姿定位器、推进导轨、支撑滑台、调姿动平台、运输调姿平台；所述运输调姿平台上表面固定安装调姿定位器；调姿定位器的上端安装调姿动平台；所述调姿动平台表面设置水平导轨，安装在调姿动平台上表面的支撑滑台能够沿导轨滑动；所述相机包括前扫描相机、后扫描相机；所述前扫描相机与旋转支臂相连，采集发动机机身发动机舱内形点云；旋转支臂的另一端与可翻转立柱的顶端相连；所述可翻转立柱的底部以通过90度转动关节安装在运输调姿平台表面；所述后扫描相机包括分别位于运输调姿平台左右两端的两台后扫描相机用于采集发动机的外表面的点云。发动机安装测量装置的安装方法包括以下步骤：步骤一：模拟进给扫描发动机外形；发动机及运输调姿平台就位至发动机舱后部之前，后扫描相机打开，发动机模拟进给，获取发动机外形点云数据；具体方法过程包括步骤S11至S12：S11发动机从初始位置沿导轨匀速移动，按预设的间隔时间触发扫描，共测量得到发动机M个截面的左右相机点云并同时记录每个扫描所对应的发动机位置增量di。设提前标定的左右两个后扫描相机测量坐标系与运输调姿平台坐标系的转换关系分别为PTbC_1、PTbC_2，通过下式将扫描点云转换至运输调姿平台坐标系下S12测量后发动机回退至初始位置，将所有M个截面点云沿导轨方向的坐标减去di，合并即得到发动机在初始位置处外形完整点云Ppengine：步骤二：发动机舱内壁扫描:发动机就位至机身发动机舱后方以准备安装，前扫描相机可翻转立柱旋转至垂直状态，采集机身发动机舱内壁点云；具体过程为：通过调节旋转支臂旋转带动前相机移动，直至前扫描相机对发动机舱内壁实现360度扫描；依据运输调姿平台坐标系与前相机可翻转立柱末端坐标系的转换关系PTfV，前相机可翻转立柱末端坐标系与零角度处前扫描相机的测量坐标系的转换关系fVTfC_0，将零角度处相机坐标系的测量数据转换至运输调姿平台坐标系下除零角度外其他各角度ω处前相机可翻转立柱末端坐标系与前扫描相机的测量坐标系转换关系fVTfC_ω，则角度ω处测量数据转换到平台坐标系为最终发动机舱扫描数据为步骤三：前相机可翻转立柱旋转至水平状态。步骤四：发动机安装干涉预分析方法；具体包括步骤S41至S46；S41：根据发动机与发动机舱配合间隙分布情况，将机身发动机舱所有点云划分为N个分段，由于不同位置处的发动机外形在推进中到达的位置不同，因此对第i个分段，将其自身及后部i-1个分段点云全部沿插入方向的法平面投影，共得到N个二维平面带状点集S42：基于Canny算子提取上述带状点云的外轮廓点集，得到S43：将发动机点云沿插入方向划分为N个分段，沿插入方向的法平面投影，记为S44：基于Canny算子提取上述带状点云的内轮廓点集，得到S45：计算第i段结构点云的有向最小距离：具体过程为：首先计算二者质心Oi，然后对中任一点计算其在中的最近点及对应有向距离di,j(1)式中sgn为符号函数，di,j为正距离时表明存在间隙，di,j为负距离时表明出现干涉；根据计算得到的所有K个点与的有向距离di,j(j＝1,2,…,K)，排序得到的有向最小距离min(di,j)；若min(di,j)大于预设的间隙安全阈值，则表明发动机第i段结构在推进中是安全的，否则存在碰撞风险。S46：重复S45，完成所有N段结构推进中安全性分析；若所有N段结构点云的有向最小距离均大于间隙安全阈值，则表明该位姿下推进发动机是安全无干涉的；否则需要进行步骤五。步骤五：无干涉位姿优化与调姿驱动量计算方法：S51：设发动机点云微调位姿ξ＝(tx,ty,tz,ωx,ωy,ωz)，则微调后点云在运输调姿平台的坐标变换为：Ppengine(ξ)＝RPpengine+T(2)(2)式中，T＝[txtytz]T为平移变量，R为以小旋量表示的旋转矩阵将变换后点云沿插入方向划分为N个分段，沿插入方向的法平面投影，记为S52：基于Canny算子提取上述带状点云的内轮廓点集，得到S53：基于豪斯多夫距离模型计算各分段对应投影点间最大距离点集PA、PB豪斯多夫距离模型计算投影点间最大距离如下：H(PA,PB)＝max(h(PA,PB),h(PB,PA))(3)(3)式中为单向豪斯多夫距离计算准则。S54：建立如下使各段点云间隙最小值最大化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于干涉预分析的航空发动机稳健调姿安装方法，其特征在于：/n发动机安装测量装置包括发动机自动安装调姿结构以及相机；所述发动机自动安装调姿结构包括调姿定位器、推进导轨、支撑滑台、调姿动平台、运输调姿平台；所述运输调姿平台上表面固定安装调姿定位器；调姿定位器的上端安装调姿动平台；所述调姿动平台表面设置水平导轨，安装在调姿动平台上表面的支撑滑台能够沿导轨滑动；所述相机包括前扫描相机、后扫描相机；所述前扫描相机与旋转支臂相连，采集发动机机身发动机舱内形点云；旋转支臂的另一端与可翻转立柱的顶端相连；所述可翻转立柱的底部以通过90度转动关节安装在运输调姿平台表面；所述后扫描相机包括分别位于运输调姿平台左右两端的两台后扫描相机用于采集发动机的外表面的点云；/n发动机安装测量装置的安装方法包括以下步骤：/n步骤一：模拟进给扫描发动机外形；发动机及运输调姿平台就位至发动机舱后部之前，后扫描相机打开，发动机模拟进给，获取发动机外形点云数据；具体方法过程包括步骤S11至S12：/nS11发动机从初始位置沿导轨匀速移动，按预设的间隔时间触发扫描，共测量得到发动机M个截面的左右相机点云

【技术特征摘要】
1.一种基于干涉预分析的航空发动机稳健调姿安装方法，其特征在于：
发动机安装测量装置包括发动机自动安装调姿结构以及相机；所述发动机自动安装调姿结构包括调姿定位器、推进导轨、支撑滑台、调姿动平台、运输调姿平台；所述运输调姿平台上表面固定安装调姿定位器；调姿定位器的上端安装调姿动平台；所述调姿动平台表面设置水平导轨，安装在调姿动平台上表面的支撑滑台能够沿导轨滑动；所述相机包括前扫描相机、后扫描相机；所述前扫描相机与旋转支臂相连，采集发动机机身发动机舱内形点云；旋转支臂的另一端与可翻转立柱的顶端相连；所述可翻转立柱的底部以通过90度转动关节安装在运输调姿平台表面；所述后扫描相机包括分别位于运输调姿平台左右两端的两台后扫描相机用于采集发动机的外表面的点云；
发动机安装测量装置的安装方法包括以下步骤：
步骤一：模拟进给扫描发动机外形；发动机及运输调姿平台就位至发动机舱后部之前，后扫描相机打开，发动机模拟进给，获取发动机外形点云数据；具体方法过程包括步骤S11至S12：
S11发动机从初始位置沿导轨匀速移动，按预设的间隔时间触发扫描，共测量得到发动机M个截面的左右相机点云并同时记录每个扫描所对应的发动机位置增量di；设提前标定的左右两个后扫描相机测量坐标系与运输调姿平台坐标系的转换关系分别为PTbC_1、PTbC_2，通过下式将扫描点云转换至运输调姿平台坐标系下



S12测量后发动机回退至初始位置，将所有M个截面点云沿导轨方向的坐标减去di，合并即得到发动机在初始位置处外形完整点云Ppengine：



步骤二：发动机舱内壁扫描:发动机就位至机身发动机舱后方以准备安装，前扫描相机可翻转立柱旋转至垂直状态，采集机身发动机舱内壁点云；具体过程为：
通过调节旋转支臂旋转带动前相机移动，直至前扫描相机对发动机舱内壁实现360度扫描；依据运输调姿平台坐标系与前相机可翻转立柱末端坐标系的转换关系PTfV，前相机可翻转立柱末端坐标系与零角度处前扫描相机的测量坐标系的转换关系fVTfC_0，将零角度处相机坐标系的测量数据转换至运输调姿平台坐标系下除零角度外其他各角度ω处前相机可翻转立柱末端坐标系与前扫描相机的测量坐标系转换关系fVTfC_ω，则角度ω处测量数据转换到平台坐标系为最终发动机舱扫描数据为
步骤三：前相机可翻转立柱旋转至水平状态；
步骤四：发动机安装干涉预分析方法；具体包括步骤S41至S46；
S41：根据发动机与发动机舱配合间隙分布情况，将机身发动机舱所有点云划分为N个分段，由于不同位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓正平，郝飞，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32