运载火箭筒体壳段自动铆接路径的仿真优化分析

自动钻铆技术已经成为运载火箭筒体壳段铆接装配的发展趋势。基于优化工艺设计、提高钻铆效率、保证装配质量的需求，本文结合运载火箭筒体壳段的特点，针对自动钻铆过程中的路径优化问题展开仿真分析。通过建立铆接路径数值仿真的有限元模型，对提出的“S”形铆接路径方案和改进后的“S”形铆接路径方案进行仿真分析，并验证了改进后的铆接路径方案能够大幅度减小铆接变形。

运载火箭筒体壳段均为半硬壳筒段结构形式，主要由桁、梁类零件、中间框、上下端框、蒙皮等零件组成，连接方式包括铆接和螺接，其中铆接占整个装配的90%以上。传统的运载火箭铆接装配大面积采用气动手工铆接装配工艺，其铆接效率低、劳动强度大、质量一致性差、噪音污染严重，难以满足运载火箭高效率、高质量、低成本制造需求[1]。自动钻铆技术是当今机械连接的先进技术之一，具有铆接质量高、生产效率高、铆接噪音低、劳动强度低、操作者易掌握等特点，在国外已广泛用于航空航天领域[2]。以民机生产为例，波音、空客等大型航空制造企业已经建设了成熟的机翼、机身等自动钻铆生产线，大范围运用自动钻铆技术，如，波音767 自动钻铆率高达97% [3]。在国内航空制造领域，自动钻铆技术的应用也有了较快发展，广泛应用于国外民机转包及国产大飞机的研制过程中。

近年来，为了适应运载火箭高密度、高可靠性发射任务需求以及重型运载火箭等新一代运载火箭研制需求，国内各大航天企业积极开展航天产品的先进铆接装配技术研究，使得自动钻铆技术在航天产品铆接装配中的应用不断深入[4] [5] [6]。本文结合运载火箭筒体壳段的特点，针对自动钻铆过程中的路径优化问题展开仿真分析，以期获得最佳钻铆执行路径，有效提升装配效率和装配质量，并为自动钻铆技术在重型运载火箭等超大直径运载火箭筒体壳段装配领域的应用提供技术支持。

2. 钻铆路径优化 在自动钻铆工艺设计过程中， 需要根据产品的结构特点规划最佳的钻铆执行路径， 保证产品的质量， 发挥自动钻铆技术和设备的最大效能。

1) “S”形铆接路径方案 按照手工铆接装配的经验，初步设计的钻铆执行路径如图1 所示，以提高效率为主要目标，根据壳体产品桁条的分布，执行S 形铆接。试验件加工过程中发现，由于在壳体周向方向上单向铆接，蒙皮偏差、间隙向一个方向累积，应力较大；桁条零件本身的直线度存在偏差，沿着其长度方向，偏差被不断放大，造成桁条上铆钉定位出现较大偏差。

2) 改进后的“S”形铆接路径方案