杨帅

摘  要：飞机整机涂装作为影响全机重量特性的重要生产环节，在无法实现称重的情况下，对其增重进行准确的估算成为重量分析必须解决的问题。利用飞机数模计算飞机外表面涂装面积，估算漆料重量，进而确定飞机整机涂装增重的估算方法能够较准确估算飞机增重，解决实际生产重量数据缺失问题，可作为飞机重量设计制造状态监控的有效补充，对提高全机质量特性计算的准确性有一定实际意义。同时，该方法将实际工序转化为理论计算节约了施工成本，对提升企业竞争力有促进作用。

关键词：整机涂装;增重;曲面面积

中图分类号：V262         文獻标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）24-0136-02

Abstract： Aircraft coating is an important production link that affects the weight characteristics of the whole machine. In the case of weighing can not be achieved， it is necessary to estimate the weight gain accurately. The estimation method of using the aircraft digital model to calculate the outer curved surface area of the aircraft， and then estimating the weight of the paint， and finally determining the aircraft weight gain can accurately estimate the aircraft weight gain and solve the problem of missing actual production weight data. It can be used as an effective supplement for aircraft weight design and manufacturing status monitoring， and has a certain practical significance for improving the accuracy of the whole aircraft quality characteristic calculation. At the same time， this method transforms the actual working procedure into the theoretical calculation， which saves the production cost and promotes the competitiveness of enterprises.

Keywords： aircraft coating; weight gain; curved surface area

飞机的品质保证离不开飞机的重量控制，对飞机设计与制造过程的重量变化进行有效监控是保证各项设计指标正确性的重要监控手段。为利于控制分析重量变化及提高全机质量特性计算准确性，应在飞机设计之初对整机重量设计分配，同时对制造过程中每一生产环节重量变化进行严格把控和记录。但一直以来由于实际生产中采用的地磅称重法条件严苛、耗时长，特别是大型飞机，在繁忙的制造工序无法对每一生产环节称重，造成重量数据的缺失，久而久之，飞机增重得不到有效控制，影响飞机质量安全。

飞机外表面整机涂装是影响飞机全机质量特性的重要环节，由于缺少施工前后的整机称重，其增重数据一直没有可信服的来源，对其增重进行准确的估算成为重量分析必须解决的问题。本文提出一种通过计算飞机外表面涂装面积，根据单位面积涂料重量，进而确定飞机整机涂装增重的估算方法。

1 涂装面积计算

1.1 曲面面积求解方法

飞机外形巨大，结构形状复杂，为了获得准确外表面积，选择合适的计算方法对提计算高效率和准确度有重要影响。除了特别构型、特殊部位采用平面构形外，一般飞机外表面都属于曲面成型，对于曲面面积的求解方式比较多，主要有：

（1）采用传统数学方式[1]，把曲面分成若干模块利用函数积分求和计算。这种算法精确度高，但计算过程复杂，对于构形复杂、面积较大的曲面运算效率比较低。

（2）基于现代技术的新数学方式。比如利用断层边界信息计算曲面面积[2]，等值面提取估算表面积方式[3]等。这些算法依托计算机技术，采用相邻两个截面的侧面积拟合，可以对规则旋转对称性曲面进行精确估算，但是过程繁琐、运算复杂，对于不规则变化的曲面计算效率比较低。

（3）编程软件编写算法。这些程序本质是将表面划分为一定数量小区域，选取小区域表面的边界坐标值，计算该坐标值组成的平面面积，近似等于该小区域内曲面面积。该方法是平面面积的严格计算，适用于平面面积，运算效率比较高，实用性比较强。但是针对曲率变化较大曲面计算精度比较低。

（4）三维建模软件测量。依托建模软件自带的测量计算功能，直接选取模型计算出表面积。常用的建模软件有CATIA、UG、Solidworks、Rhino等，这些软件在满足外形、结构设计的同时具有强大的测量分析等功能，这种方式运算速度快，精度高，但必须建立1：1的曲面模型。

现代飞机设计均采用数字化建模设计，利用设计软件的直接测量功能计算飞机外表面积是首选的方法。

1.2 飞机曲面处理

采用三维建模软件测量外表面积前，要对比分析数模外表面与飞机实际喷涂的外表面的不同，根据飞机实际喷涂对三维数模进行处理，在处理时要注意以下几个方面：

（1）飞机表面一般都是左右对称，在处理模型时可只考虑一半，同时为便于处理和测量，根据飞机主要结构可将模型分段处理，一般飞机可分为：机身部分、机翼部分、尾翼部分和发动机短舱部分。

（2）实际飞机涂装表面并不是光滑、完整的曲面，飞机外露部分安装有大量天线罩、天线底座、通风罩、百叶窗、灯罩等零件，这些零件覆盖部分不属于整机涂装部分，模型上的此部分要除去。

（3）区分参与整机喷涂的零件。一般的天线罩采用喷涂防静电漆的特殊涂料体系，不参与整机喷漆，可不考虑;风挡玻璃不需要喷漆，此部分模型要进行删除处理;参与整机喷漆的天线罩、天线底座，则需要测量其外表面积。

（4）数模重复、多余部分处理。由于建模需要，造成数模部件之间存在重叠、遮挡等情况，为避免重复计算，检查数模，将重叠、遮挡除去。比如：机身与发动机短舱、尾翼相交部分，机翼与发动机短舱、起落架舱相交被覆盖部分，机翼与吊挂贴合部分等。经过处理，飞机各部件应结合成形成内部空腔外部对缝连接的模型。

（5）特殊不参与整漆喷涂部分处理。飞机某些部位可能采用特殊材料成型不能覆盖油漆，要将对应的模型部分删除处理。

1.3 涂装面积测量

飞机数模处理完成后，通过建模软件测量功能分别测量飞机外部涂装面积和参与整机涂装的零部件表面积，最后求和得出整机涂装面积。

2 油漆重量计算

在一定的喷涂表面上，涂装增重取决于油漆种类、涂装层数和涂敷工艺，对飞机整机涂装而言专门的整机涂装的工艺文件保证了施工要求及工艺相对固定。

2.1 油漆种类

不同种类的油漆基料、固化剂、稀释剂的配置比例各不相同，配制而成的油漆密度不一致，造成干燥固化过程中挥发量和残留量有较大差异，整机涂装增重会有明显差异。整机涂装增重计算，必须明确所用涂料挥发率，这一数据可采用油漆厂提供的相应油漆的经验值，也可建立相关的数学模型[4]进行仿真研究。

2.2 涂装层数

飞机涂装层数与环境介质关系极大。航空领域大多采用“底漆+面漆”的涂装体系，一般在零部件状态涂装底漆，整机涂装阶段只涂装面漆，特殊情况下在整机涂装阶段可先涂装一遍底漆，固化后再涂装面漆。飞机的整机涂装工艺规程规定了决定涂装面漆层数，面漆两层或多层的漆膜重量可看成单层漆膜重量的倍数。

2.3 涂敷工艺

油漆涂料有多种涂敷方式，涂敷方式不同，造成漆膜厚度及挥发率不同，影响漆膜重量。对于整机涂装可采用喷涂和刷涂两种方式，但由于喷涂具有施涂效率高、操作漆雾少和喷涂质量高的特点，能够在蒙皮表面形成均匀的涂层，所以一般无特殊要求，整机喷涂均采用喷涂工艺。一般油漆说明书会提供喷涂单位面积的理论用量，估算时可参考使用。

整机涂装后飞机增重计算公式：

G=n1（S×g1）（1-ρ1）+n2（S×g2）（1-ρ2）

G——整机涂装飞机增重，kg;

n1——整机涂装阶段底漆喷涂层数;

n2——面漆喷涂层数;

S——整机涂装面积，m2;

g1——单位面积底漆理论用量，kg/m2;

g2——单位面积面漆理论用量，kg/m2;

ρ1——底漆挥发率（包括喷枪喷涂过程的挥发率及漆层干燥固化过程的挥发率）;

ρ2——面漆挥发率（包括喷枪喷涂过程的挥发率及漆层干燥固化过程的挥发率）。

另外可通过实验获得单位面积单层底漆和面漆干燥固化后的增量，整机涂装后飞机增重计算公式还可以表示为：

G=n1（S×g3）+n2（S×g4）

g3——单位面积底漆干燥固化后增量，kg/m2;

g4——单位面积面漆干燥固化后增量，kg/m2。

3 结束语

需要注意的是，估算时除了要保证经过处理的数模与飞机实际喷涂的外形的一致外，还应综合考虑到实际施工过程中喷涂厚度有一定的误差及狭窄小区域处喷涂不均匀等情况，确定一定的公差范围。

利用飞机外表面涂装面积及涂敷要求，可以较准确地估算飞机整机涂装增重，在整机涂装增重无法实现直接测量的情况下，是对飞机重量制造状态监控的有效补充，同时结合建模软件的使用将实际工序转化为理论计算有助于节约工作成本，对提升工作效率，促进企业经济效益增长有积极作用。

参考文献：

[1]林大钧.曲面面积求解方法[J].华东大学学报（自然科学版），2012，38（5）：588-591，596.

[2]曹俊，陈普春，徐莹，等.基于断层扫描思想的曲面面积计算方法研究[J].现代电子技术，2012，35（6）：131-133.

[3]杨弢，滕奇志.基于Marching cubes的三維目标表面积估算方法[J].计算机与数字工程，2011，39（02）：137-140.

[4]潘洁晨，何国青.涂料干燥过程中挥发量与残余量的研究[J].新型建筑材料，2015（06）：56-59.