飞机线束的敷设工艺的制作方法

本发明涉及线束设计领域，尤其涉及一种利用数字化设计的飞机线束敷设工艺。

背景技术：

随着机载电子设备的不断发展，飞机上机械与特设系统的结合越来越紧密，电线和电缆如同人的神经系统一样伸展到飞机的每个系统和每个部件。电线和电缆敷设的合理性、固定和连接的正确性都将影响飞机的正常工作，甚至危及安全。电线和电缆在飞机中，主要以线束的方式存在。飞机线束敷设具有敷设量大(例如波音747的线束敷设长度可达274km)、敷设空间有限、线束安装区域温度和振动强度情况复杂和敷设工艺要求严格等特点。

线束工艺参数主要是指线束的分岔点和分支长度，线束的分岔点和分支长度的确定目前需要经历两个阶段：

第一个阶段是计算机辅助设计初步确定阶段。具体地，是采用计算机辅助设计(如CATIA等)线束的敷设和安装，得到确定的线束设计参数包括电线、电缆型号、材料、直径等，和初步的分岔点位置和分支长度，此时的分岔点位置和分支长度还不能直接用于线束的生产、制造。根据CAD设计结果，建立初步的线束设计图样。

第二个阶段是在飞机上进行线束的敷设安装协调。具体地，是将线束按照图样要求，敷设到飞机上，再根据实际安装情况，才能确定下来线束的分岔点位置和分支长度的具体数值。

这样，工程中对于线束工艺参数-分岔点和分支长度的确定存在时间长、成本高的问题，同时由于线束在飞机上敷设量巨大，使得这一问题尤为突出。

为解决这一难题，亟需一种新的设计方法来提高飞机线束敷设的设计效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术对于飞机线束的工艺参数的确定存在时间长、成本高的缺陷，提出一种飞机线束的敷设工艺。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种飞机线束的敷设工艺，其特点在于，包括以下步骤：

步骤一、获取线束的敷设路径的信息和装配空间的信息，敷设路径的信息包括敷设路径包含的所有固定点的结构和位置，装配空间的信息包括装配空间中的所有零件的位置；

步骤二、从敷设路径中选取悬挂约束点对，悬挂约束点对定义为结构均为机械固定结构的固定点的一对相邻固定点，且该对相邻固定点平齐；

步骤三、对每一对悬挂约束点对，计算其线束最小长度和线束最大长度，计算过程包括以下步骤S₁₁-S₁₄：

S₁₁、获取悬挂约束点对的位置，并确定悬挂约束点对所处的竖直平面为参考平面，并在参考平面内建立用于描述连接悬挂约束点对的线束的悬链线方程如下：

悬链线方程中，自变量x对应于线束上各点在参考平面内的横坐标，f(x)对应于线束上各点在参考平面内的纵坐标，a、C₁、C₂为待定系数；

S1₂、将线束的最低点在参考平面内的坐标表示为(x_c，y_c)，其中最低点的横坐标x_c＝(x_a+x_b)/2、纵坐标yc＝ya-s，其中s∈[S_min，s’_max]，(x_a，y_a)和(x_b，y_a)分别为线束的两端点在参考平面内的坐标，s为悬垂度，s_min和s’_max分别为预设的悬垂度最小值和悬垂度最大值，将线束的两端点及最低点的坐标代入悬链线方程中求得所述待定系数；

S₁₃、根据以下线束长度计算公式

计算线束长度l，其中计算当s＝s_min时的线束长度作为线束最小长度l_min；

S₁₄、计算满足装配间隙条件的悬垂度s的最大取值作为s_max，根据线束长度计算公式(2)计算当s＝s_max时的线束长度作为线束最大长度l_max，其中装配间隙条件是指线束上任意一点和任何零件的距离不大于预设的最小间隙；

步骤四、对线束的敷设路径中的每一段由悬挂约束点对构成的无分岔路径，累加其中每一对悬挂约束点对间的线束最小长度，以及每一固定点的机械固定结构的宽度，以计算得到每一段无分岔路径的线束长度最小值；累加其中每一对悬挂约束点对间的线束最大长度，以及每一固定点的机械固定结构的宽度，以计算得到每一段无分岔路径的线束长度最大值。

较佳地，步骤S₁₁中在参考平面内建立用于描述连接悬挂约束点对的线束的抛物线方程如下：

f(x)＝a₁·x²+bx+c₃ (3)，

以替代悬链线方程，抛物线方程中a₁、b、c₃为待定系数。

较佳地，S₁₄包括：

以悬垂度s＝s’_max作为初始条件，根据公式(1)得到的悬链线方程，测量线束和其他零件的最小间距，若最小间距不大于预设的最小间隙，则将此时的悬垂度s代入线束长度计算公式(2)求得此时的线束长度作为线束最大长度l_max；若最小间距大于预设的最小间隙，则令悬垂度s减小一个预设幅度并再次测量线束和其他零件的最小间距，直到满足最小间距不大于预设的最小间隙的条件。

较佳地，步骤二还包括：从敷设路径中选取末端约束点对，末端约束点对定义为结构分别为机械固定结构和电气连接结构的固定点的一对相邻固定点；

步骤三还包括：对每一对末端约束点对，计算其线束最小长度和线束最大长度；

步骤四由步骤四’代替，步骤四’为：对线束的敷设路径中的每一段由悬挂约束点对构成的无分岔路径，或悬挂约束点对和末端约束点对构成的无分岔路径，累加其中每一对点对间的线束最小长度，以及每一机械固定结构的宽度，以计算得到每一段无分岔路径的线束长度最小值；累加其中每一对点对间的线束最大长度，以及每一机械固定结构的宽度，以计算得到每一段无分岔路径的线束长度最大值。

较佳地，步骤三中计算每一对末端约束点对间的线束最小长度和线束最大长度，包括以下步骤S₂₁-S₂₃：

S₂₁、以机械固定结构对应的一端为基座位置，以电气连接结构对应的一端为末端执行器，将线束建模为六自由度的六杆简单链式机器人手臂，转动关节连接，模型由以下公式(4)定义

公式(4)中，l₀为线束长度，l_i为各杆件的长度，其中i∈[1，6]，st％为松弛度比例，其中st％∈(0，1)，dis为末端约束点对间的距离；

S₂₂、求解出所述模型有封闭解满足以下不等式(5)

的情况下，l₀的最小值作为线束最小长度l_min，不等式(5)中β为相邻两杆件夹角，d₀为预设的线束直径，r_min为预设的线束的最小弯曲半径；

S₂₃、计算满足装配间隙条件的线束长度l₀的最大值作为线束最大长度l_max。

较佳地，所述数字化设计方法在计算得到每一段无分岔路径的线束长度最小值及线束长度最大值后，根据其来预估待敷设的线束的分岔点的位置范围。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的飞机线束的敷设工艺，是以工程物理过程一线束在飞机上实际敷设过程中确定线束参数的方法和原理为基础提出的一种可以考虑装配空间特征和工艺要求的数字化设计方法，相比于现有技术，本发明可大大提高工程上通过机上敷设安装协调确定线束工艺参数的设计效率，并部分取代机上敷设安装协调过程，有效降低工艺设计成本，并在初步设计中为飞机线束的长度参数的优化设计奠定了基础。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的飞机线束的敷设工艺中的线束敷设路径中的悬挂约束点对的示意图。

图2为本发明一较佳实施例的飞机线束的敷设工艺针对线束敷设路径中的末端约束点对建立的六杆链式机器人手臂模型的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的目的。

本发明一较佳实施例的飞机线束的敷设工艺，包括以下步骤：

步骤一、获取线束的敷设路径的信息和装配空间的信息，敷设路径的信息包括敷设路径包含的所有固定点的结构和位置，装配空间的信息包括装配空间中的所有零件的位置；

步骤二、从敷设路径中选取悬挂约束点对，悬挂约束点对定义为结构均为机械固定结构的固定点的一对相邻固定点且该对相邻固定点平齐，即一对悬挂约束点对中的两个固定点高度相同；

步骤三、对每一对悬挂约束点对，计算其线束最小长度和线束最大长度；

步骤四、对线束的敷设路径中的每一段由悬挂约束点对构成的无分岔路径，累加其中每一对悬挂约束点对间的线束最小长度，以及每一固定点的机械固定结构的宽度，以计算得到每一段无分岔路径的线束长度最小值；累加其中每一对悬挂约束点对间的线束最大长度，以及每一固定点的机械固定结构的宽度，以计算得到每一段无分岔路径的线束长度最大值；

步骤五、给定待敷设的线束上的定位基点，可根据每一段无分岔路径的线束长度最小值及线束长度最大值估算待敷设的线束的分岔点的位置范围。

其中，每一对悬挂约束点对的线束最小长度和线束最大长度的计算过程如下。

首先，获取悬挂约束点对的位置，并确定悬挂约束点对所处的竖直平面为参考平面，并在参考平面内建立用于描述连接悬挂约束点对的线束的悬链线方程其中，自变量x对应于线束上各点在参考平面内的横坐标，f(x)对应于线束上各点在参考平面内的纵坐标，a、C₁、C₂为待定系数。这一参考平面实际也就是由两个悬挂约束点和线束的最低点所决定的平面。参考图1所示，其中示例性地示出了一对悬挂约束点对A、B，点C为这段线束的最低点，s为悬垂度。

将线束的最低点在参考平面内的坐标表示为(x_c，y_c)，其中最低点的横坐标x_c＝(x_a+x_b)/2、纵坐标y_c＝y_a-s，其中s∈[s_min，S’_max]，(x_a，y_a)和(x_b，y_a)分别为线束的两端点在参考平面内的坐标，s为悬垂度，S_min和s’_max分别为预设的悬垂度最小值和悬垂度最大值，将线束的两端点及最低点的坐标代入悬链线方程中求得所述待定系数，求得的待定系数中的变量仅有s。

线束长度计算公式为将条件s＝s_min代入公式(2)中可得到线束最小长度l_min。接下来计算满足装配间隙条件的悬垂度s的最大取值作为s_max，根据线束长度计算公式(2)计算当s＝s_max时的线束长度作为线束最大长度l_max。

线束最大长度的计算过程，具体来说，可以例如采用以下计算方法。首先计算s＝s’_max时的线束模型f(x)，并利用线束模型f(x)测量或检测得到线束与邻近零件的最小间隔。若最小间隔不小于预设的最小间隙，则根据公式(2)计算s＝s’_max时对应的线束长度作为线束最大长度l_max。当最小间隔小于预设的最小间隙时，可令s_n＝s’_max-n*0.1，n以1为初始值，逐次计算s_n对应的线束模型，并检测线束与邻近零件的最小间隔，只要不满足上述条件，就继续增大n并重复前述过程进行判断，直至n的取值使得s_n满足线束与邻近零件的最小间隔不小于预设的最小间隙这一条件，才终止增大n的取值。此时，将当前的s_n的值代入公式(2)计算得到线束最大长度l_max。

在一个可替代的实施方式中，可不采用悬链线方程作为线束的数学模型，而是采用抛物线方程作为其数学模型，也可经由和上述实施例相似的方式得到每一对悬挂约束点对的线束最小长度和线束最大长度。

在本发明的另一个可替代的实施方式中，还从敷设路径中选取末端约束点对，末端约束点对定义为结构分别为机械固定结构和电气连接结构的固定点的一对相邻固定点。

对每一对末端约束点对，同样计算其线束最小长度和线束最大长度。以机械固定结构对应的一端为基座位置，以电气连接结构对应的一端为末端执行器，将线束建模为六自由度的六杆简单链式机器人手臂，转动关节连接，模型由以下公式(4)定义：

公式(4)中，l₀为线束长度，l_i为各杆件的长度，其中i∈[1，6]，st％为松弛度比例，其中st％∈(0，1)，dis为末端约束点对间的距离。

上述模型可参考图2所示，图2中示出模型的转动关节中心点N_i，i∈[0，6]，模型中的六杆件分别标记为1-6，其中点N₀为机械固定端，点N6为电气连接插头端。图2中，针对各个转动关节中心点N_i，i∈[0，6]，分别对应有一局部直角坐标系，各个局部直角坐标系在图2中以x_i轴及z_i轴标记出，i∈[0，6]。

根据上述模型，取初始条件为st＝10，计算模型的封闭解，并判断封闭解是否满足不等式其中β为相邻两杆夹角，d₀为预设的线束直径，r_min为预设的线束的最小弯曲半径。如果满足不等式(5)，则赋值令st＝st-0.5，重复计算封闭解和进行条件判断的以上步骤，直到不能满足不等式(5)，记录前一次的st取值对应的线束长度作为线束最小长度l_min。如果初始条件下计算得到的封闭解不满足不等式(5)，则赋值令st＝st+0.5，重复上述步骤进行判断，直到当前的st值能够使得封闭解满足不等式(5)，记录当前的线束长度作为线束最小长度l_min。然后，计算满足装配间隙条件的线束长度l₀的最大值作为线束最大长度l_max。

应当理解的是，在对上述实施方式的说明中，列举的如初始条件st＝10以及赋值令st＝st-0.5进行逐次计算和判断等具体计算方式，均是对本发明的实施方式的举例说明，本领域技术人员完全可以根据实际需要进行调整和变更。

在这一可替代的实施方式中，对线束的敷设路径中的每一段由悬挂约束点对及末端约束点对构成的无分岔路径，累加其中每一对点对间的线束最小长度，以及每一机械固定结构(例如卡箍)的宽度，以计算得到每一段无分岔路径的线束长度最小值；累加其中每一对点对间的线束最大长度，以及每一机械固定结构的宽度，以计算得到每一段无分岔路径的线束长度最大值。在这一实施方式中，未考虑电气连接结构、维修对于线束长度的影响，因而在上述计算过程中并不将端接所需长度计入。

本领域技术人员应当理解，末端约束点对和悬挂约束点对是飞机线束装配中最常见的两类，如上所述的敷设工艺通过对这两类约束的估算，可部分取代原有的机上敷设安装协调确定线束工艺参数的过程，能够有效地降低工艺设计成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。