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工業的力量!自動化正在創造X-59靜音超聲速演示驗證機
  • 點擊數:1353     發布時間:2020-06-09 11:31:00
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X-59 “靜音超聲速技術”(QueSST)飛機是美國航空航天局(NASA)數十年來首次試飛的“X飛機”,它是一種研究型噴氣式超聲速飛機,旨在將聲爆的響聲降低到像輕柔的急速心跳聲那樣。X-59的任務是收集居民區的人們對噪聲的反應,NASA可將這些數據移交給監管機構,為陸地上進行商業超聲速旅行建立可接受的噪聲標準,推翻已頒布了數十年的禁令,并推動商業旅行業的新發展。
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X-59 “靜音超聲速技術”(QueSST)飛機是美國航空航天局(NASA)數十年來首次試飛的“X飛機”,它是一種研究型噴氣式超聲速飛機,旨在將聲爆的響聲降低到像輕柔的急速心跳聲那樣。X-59的任務是收集居民區的人們對噪聲的反應,NASA可將這些數據移交給監管機構,為陸地上進行商業超聲速旅行建立可接受的噪聲標準,推翻已頒布了數十年的禁令,并推動商業旅行業的新發展。

最近,如果你漫步在加利福尼亞州帕姆代爾的臭鼬工廠機庫中,你會聽到聲音的交響樂。呼呼和嗡嗡聲、鉆孔聲和鉚接聲。如果你尋聲而去,可以將它們精確地定位到一個位置——正在建造中的X-59飛機的所在地——L裝配區。由于不是黑項目,你可以隨筆者一同來看看這里的工作場景。

一、X-59的制造

X-59計劃的團隊正在努力工作,部署最新的先進制造技術來制造這架實驗飛機。這項工作主要分為三個部分:中央機身、整體單翼和尾翼,分別在前、中、后三個大型工裝型架上完成。迄今為止,團隊在飛機的所有三部分工作上都取得了重大進展。

X-59不僅僅是其各個部分的相加,它的裝配是這架飛機的另一個故事元素。通過將先進的自動化、數字化制造設備和工藝(例如自動絲束鋪放、機器人鉆孔、光學投影和測量學以及基于模型的工程)與工程師以及工人的熟練技能融合在一起,團隊可以縮短飛機的裝配時間,從而可以地快速交付優質、經濟可承受的產品。

臭鼬工廠將繼續踐行其“14條軍規”,利用小團隊、簡單方法、緊密溝通、順暢的管理路徑、良好的判斷能力。總結起來那就是——快速、安靜和質量(3Q)。臭鼬關注的6大核心能力之中,先進制造是其中之一,接下來我們具體看一些X-59數字化和自動化的制造手段。

二、制造和裝配的數字化與自動化

制造方面,自動絲束鋪放(AFP)機床可以高效地制造大型復合材料蒙皮壁板。盡管X-59的整體單翼并無太大曲率,但我們知道,空客A350率先在其機翼蒙皮壁板上使用了AFP技術而不是自動鋪帶,隨后波音777X和787的機翼蒙皮壁板制造也先后轉向了AFP技術。AFP允許利用機器人式的高精度和能夠量身定制的疊加鋪層設計,自動化地制造大型整體結構,從而減少裝配工藝中的零件數量,同時鋪絲頭上還集成有紅外加熱裝置,提升樹脂的粘合性與鋪放質量。這標志著另一種先進的制造方法,使該計劃能夠在數字使能的環境下保持靈活性和敏捷性。

X-59計劃還以真正的臭鼬方式應用了從以前的計劃中汲取的經驗教訓,以降低風險和相關成本,比如“先進復合材料貨運飛機”(ACCA)計劃。ACCA又稱X-55,洛馬只用5000萬美元和18個月時間就開發了一種新型軍用運輸機。X-55利用了多尼爾328的座艙,避免開發新的飛行控制系統,增加了一個18米長的全復合材料機身,該機身由8個ACG公司真空袋固化MTM-45預浸料制造的結構件組成,可能是目前為止最成功的大型非熱壓罐(OOA)結構件的驗證。在X-59上,洛馬與柯林斯航宇合作研制的襟翼、副翼和舵面這些控制面都是非熱壓罐工藝。

裝配方面,最近,X-59團隊采用了電沖擊公司的“組合操作:螺栓連接和機器人自動鉆孔系統”(COBRA),以完成飛機的下機翼蒙皮。機器人系統可以完成鉆孔、锪孔以及檢測孔質量的一系列自動化操作,且一次交檢合格率超過99.99%。超過五西格瑪的質量水平說明這一技術已經達到了制造成熟度等級9級的水平,足以應對大規模的生產。COBRA在X-59上的使用標志著洛克希德·馬丁公司首次使用該系統鉆出一個生產件,將自動化和機器人技術配對以提高制造的速度和精度。

長期關注筆者文章的人可能對這種機器人不會陌生。它非常類似于波音787后機身47和48段裝配使用的Quadbots多機器人協同裝配系統,系統由4臺裝配機器人組成并且采用防撞功能支撐協作,每個機器人都可以鉆孔、锪孔、檢測孔質量、涂覆密封劑和安裝緊固件,可將裝配效率提升30%。777系列中機身中段的裝配,也在機身外部使用了一臺這種機器人,進行鉆孔并且安裝雙面緊固件(不是鉚釘),而機械師則在內部工作,在緊固件上手動安裝套環。機器人可以在車間中自由移動,其框架和末端執行器等位置安裝了4個攝像頭,能夠實時監視機器人的動作和鉆孔過程。

洛馬推出了數字織錦,正在實施數字線索,實現數字工程轉型,數字化的三維作業指導書和光學投影輔助裝配系統就是一個例子。前者屬于虛擬現實(VR)范疇,可以讓工人更好地理解作業任務;后者屬于增強現實(AR)范圍,可讓(臨時)緊固件的安裝更高效、錯誤更少。洛馬認為,實施數字線索有五個階段——1)數字線索啟航,從工程和工裝的實體模型開始,建立各種模型和數據流;2)數字線索使能的自動化,就比如自動鋪放和裝配;3)將數字線索帶到車間,就比如工程數據投影、增材制造和AR作業指導書;4)在數字線索打結,開發非接觸測量學應用,如緊固件平整度檢測、涂層厚度檢測、虛擬開口驗證、接縫確認、詳細零件確認;5)實現工業4.0下的數據革命,建立相連接的企業級數據系統、將各種物料清單(BOM)加入PLM背板,實現自動化的指標計算、財務報告、數據分析、與工廠設備的集成以及實時的管理可視化。

三、商業超聲速飛行的新時代

2020年,在充滿活力的L裝配區,X-59計劃團隊繼續集中精力和決心,迅速在機身制造方面取得進展。通過采用先進的制造技術,臭鼬團隊正在演示數字轉型的價值,并且跟蹤以裝配飛機和在今年末完成總裝。X-59建成后,將在2021年開始飛行,經過幾次檢驗飛行后,飛機將移交給NASA阿姆斯特朗飛行研究中心。從2023年開始,將選出部分居民區進行測試,使我們更接近商業超聲速飛行的新時代。

來源:空天防務觀察

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