(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111452677.5 (22)申请日 2021.12.01 (71)申请人 上海航天设备制造总厂 有限公司 地址 200245 上海市闵行区华宁路10 0号 (72)发明人 杜洋　赵凯　邓文敬　程灵钰　 李取妹　王飞　 (74)专利代理 机构 上海航天局专利中心 31 107 代理人 孙瑜 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 113/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种飞行器支 架轻量化设计及制造方法 (57)摘要 本发明实施例提供了一种飞行器支架轻量 化设计及制造方法， 其特征在于， 包括步骤： 步骤 1： 对飞行器支架进行拓 扑优化设计； 步骤2： 使用 激光选区熔化方法对步骤1获得的拓扑优化设计 后的飞行器支架进行增材加工制造； 步骤3： 对步 骤2制造形成的飞行器支架进行成形质量测量； 步骤4： 测量后， 对飞行器支架进行功能试验。 本 发明方法能够实现飞行器复杂承力结构件的新 型优化设计与制造， 在原结构刚度基本不变的情 况下达到减重及快速制造的目的。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 114186339 A 2022.03.15 CN 114186339 A 1.一种飞行器支 架轻量化设计及制造方法， 其特 征在于， 包括 步骤： 步骤1： 对飞行器支 架进行拓扑优化设计； 步骤2： 使用激光选区熔化方法对步骤1获得的拓扑优化设计后的飞行器支架进行增材 加工制造； 步骤3： 对步骤2制造形成的飞行器支 架进行成形质量测量； 步骤4： 测量后， 对飞行器支 架进行功能试验。 2.如权利要求1所述的飞行器支架轻量化设计及制造方法， 其特征在于， 所述步骤1包 括： 首先将原有结构进行设计空间划分， 包括区分设计空间及非设计空间； 在非设计空间 上施加边界条件； 以最大刚度为优化目标进 行求解， 设计优化参数包括结构 基频、 单元尺 寸 大小； 优化结束后针对拓扑优化形成的新型结构进行模型重构， 在优化后设计空间与非设 计空间圆滑过渡； 模型重构完成后对 模型进行受力变形及应力情况分析。 3.如权利要求2所述的飞行器支架轻量化设计及制造方法， 其特征在于， 所述步骤2使 用激光选区熔化方法进行增材加工包括 三个过程： 前处理及成形、 去应力热处理、 表面机加工； 其中， 在加工前对模型进行前处理， 包括扫 描路径规划、 工艺参数确认及支撑添加处理， 支撑添加结束后需要进 行加工过程工艺仿 真， 检查在成形过程中结构是否存在应力集中点， 若发现存在应力集中点， 通过重新设置支撑 密度、 调节打印方向或调整扫面路径来降低应力值。 4.如权利要求3所述的飞行器支架轻量化设计及制造方法， 其特征在于， 所述步骤3中 成形质量测量包括对成形零件进行内部质量检测、 表面质量检测及外轮廓尺寸精度检测。 5.如权利要求4所述的飞行器支架轻量化设计及制造方法， 其特征在于， 所述步骤4的 功能试验 包括对成形零件进行力学振动试验， 满足 实际使用的功能需求。 6.根据权利要求3所述的飞行器支架轻量化设计及制造方法， 其特征在于， 所述步骤2 中表面机加工主 要针对接触面进行去余 量加工， 单边 余量3‑5mm。 7.根据权利要求1所述的飞行器支架轻量化设计及制造方法， 其特征在于， 所述步骤3 成形质量检测包括飞行器支架内部CT探伤、 表面荧光着色检测及三维模型轮廓扫描； 其中 内部CT探伤检测精度高于0.3 mm； 荧光着色时间多于40分钟； 三维模 型轮廓扫描后包络单个 尺寸小于等于200mm， 其模型最大偏差不超过 ±0.8mm； 包络单个尺寸介于200 ‑400mm之间， 其模型最大偏差不超过 ±1.5mm； 包络单个尺寸高于400mm之间， 其模型最大偏差不超过 ± 2mm。 8.根据权利要求1所述的飞行器支架轻量化设计及制造方法， 其特征在于， 所述步骤4 功能试验主要以振动力学试验来进行评价， 包括振动工装设计、 试验及分析， 其中振动工装 使用高强铝合金 材料， 设计后振动工装其 一阶固有频率远大于飞行器支 架固有频率。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114186339 A 2一种飞行器支架轻量化 设计及制造方 法 技术领域 [0001]本发明属于飞行器产品设计/制造技术领域， 涉及一种 飞行器支架轻量化设计及 制造方法。 背景技术 [0002]飞行器上使用的一些连接舱体和安装设备的承力结构件， 多为复杂薄壁结构， 此 类结构件的设计主要基于传统的制造加工能力来定， 因此零件的轻量化设计很大程度受到 了一定限制。 发明内容 [0003]本发明的目的在于提供一种 飞行器支架轻量化设计及制造方法， 其特征在于， 包 括步骤： [0004]步骤1： 对飞行器支 架进行拓扑优化设计； [0005]步骤2： 使用激光选区熔化方法对步骤1获得的拓扑优化设计后的飞行器支架进行 增材加工制造； [0006]步骤3： 对步骤2制造形成的飞行器支 架进行成形质量测量； [0007]步骤4： 测量后， 对飞行器支 架进行功能试验。 [0008]优选地， 所述 步骤1包括： [0009]首先将原有结构进行设计空间划 分， 包括区分设计空间及非设计空间； 在非设计 空间上施加边界条件； 以最大刚度为优化目标进 行求解， 设计优化参数包括结构 基频、 单元 尺寸大小； 优化结束后针对拓扑优化形成的新型结构进行模型重构， 在优化后设计空间与 非设计空间圆滑过渡； 模型重构完成后对 模型进行受力变形及应力情况分析。 [0010]优选地， 所述 步骤2使用激光选区熔化方法进行增材加工包括 三个过程： [0011]前处理及成形、 去应力热处理、 表面机加工； 其中， 在加工前对模型进行前处理， 包 括扫描路径规划、 工艺参数确认及支撑添加处理， 支撑添加结束后需要进行加工过程工艺 仿真， 检查在成形过程中结构是否存在应力集中点， 若发现存在应力集中点， 通过重新设置 支撑密度、 调节打印方向或调整扫面路径来降低应力值。 [0012]优选地， 所述步骤3中成形质量测量包括对 成形零件进行内部质量检测、 表面质量 检测及外轮廓尺寸精度检测。 [0013]优选地， 所述步骤4的功能试验包括对 成形零件进行力学振动试验， 满足实际使用 的功能需求。 [0014]优选地， 所述步骤2中表面机加工主要针对接触面进行去余量加工， 单边余量3 ‑ 5mm。 [0015]优选地， 所述步骤3成形质量检测包括飞行器支架内部CT探伤、 表面荧光着色检测 及三维模型轮廓扫描； 其中内部CT探伤检测精度高于0.3mm； 荧光着色时间多于40分钟； 三 维模型轮廓扫描后包络单个尺寸小于等于200mm， 其模型最大偏差不超过 ±0.8mm； 包络单说　明　书 1/3 页 3 CN 114186339 A 3