Дорожная карта корпуса крыла IIAMS для сертификации

Рис. 7 «Процесс сертификации модификаций прототипа», в том числе внешнего крыла FTB №2. Фото: «Структурные радиолокационные исследования Airbus Defense и Space как партнерство в чистом небе» Мануэля Иглесиаса Вальехо, Рубена Техерина Эрнанца, Антонио Хименеса и др., Airbus Defense and Space, 8-я Европейская конференция по аэронавтике и космическим наукам (EUCASS), 1 июля - 4, 2019.

Эта онлайн-боковая панель к мартовской статье 2021 года «Развитие кессона крыла, наполненного OOA», дает более подробную информацию о том, как проекты Clean Sky 2, такие как IIAMS, вписываются в дорожные карты для технологий инфузии созревающей жидкой смолы (LRI) и термопластичного композита (TPC) при завершении работы, необходимые для сертификации композитных конструкций вне автоклава (OOA) для самолетов следующего поколения.

Airbus DS, FTB №2 и турбовинтовые самолеты будущего

Airbus Defense and Space (Airbus DS, Кадис, Испания) вошла в программу исследований и технологий Европейского союза Clean Sky как EADS CASA. Основанная как Construcciones Aeronáuticas SA в 1923 году в Хетафе, Испания, CASA имеет долгую историю производства самолетов и была одним из первых членов Консорциума Airbus. Второй завод был открыт в Кадисе в 1926 году, и компания произвела 22 модели самолетов, а также компоненты для военных самолетов Airbus и Eurofighter, а также для коммерческих самолет производства Airbus и Boeing.

Чистое небо 1 включает 7 областей проекта - 6 интегрированных демонстраторов технологий (ITD) и специалиста по оценке технологий. ITD, каждая из которых возглавляется двумя промышленными организациями, охватывают различные сегменты воздушного транспорта.

Чистое небо 2 включает 9 областей проекта - 3 инновационные платформы для демонстрации самолетов (IADP), 3 ITD, 2 поперечных направления деятельности и оценщик технологий.

https://www.cleansky.eu/discover

Airbus DS превратился из соруководителя интегрированного демонстратора технологий (ITD) Green Regional Aircraft (GRA) в оригинальную Clean Sky программа (2008-2017) соруководителю ITD AIRFRAME, а также руководителю летного испытательного стенда 2 (FTB # 2) в РЕГИОНАЛЬНОЙ интегрированной платформе демонстрации самолетов (IADP) в рамках последующей Clean Sky 2 программа (2014-2024).

А.Е. Хименес Гахете из Управления структур и проектирования, проектирования и технологий Airbus DS описывает разработку FTB # 2 в сентябрьском отчете Materiales Compuestos за сентябрь 2020 г. статья под названием «Высокоинтегрированная секция кессона крыла Airbus Defence and Space, изготовленная путем размещения сухого волокна и вливания жидкой смолы». Эта работа Airbus DS в Clean Sky 2 будет применена к будущему военно-транспортному или коммерческому региональному турбовинтовому самолету . Одна из основных задач - разработать внешнее крыло для FTB № 2, которое будет иметь первичные конструкции из композитных материалов OOA, в том числе усиленный за одно целое термопластик . композитная верхняя крышка кессона крыла и цельный одноразовый кессон крыла, изготовленные с использованием автоматизированного размещения волокон (AFP) с помощью лент из сухих волокон и инфузии жидкой смолы .

Последняя действительно является структурой, разработанной и произведенной MTorres в рамках проекта Clean Sky 2 IIAMS, как описано в CompositesWorld Статья за март 2020 года «Развитие кессона крыла, наполненного OOA». Примечательно, что этот кессон крыла объединяет нижнюю обшивку, передний и задний лонжероны, но не включает верхнюю обшивку. Из проиллюстрированных ниже дорожных карт становится очевидно, что верхняя обшивка будет изготовлена ​​из термопластичного композита.

Внешние ворота крыла FTB № 2 и фон

«Любая будущая конструкция самолета потребует большей экологической эффективности на протяжении всего жизненного цикла», - говорит Гахете. Это должно включать:

• Меньше энергии на производство компонентов.
• Меньше брака первичного материала.
• Снижение потребления производственных жидкостей и вспомогательных материалов.
• Повышенная возможность вторичной переработки.

Такие улучшения стали ключевыми факторами при разработке конструкции конструкции и производственного процесса для внешнего крыла FTB # 2, наряду с целями снижения веса (-10%) и стоимости изготовления, а также повышения эффективности производства.

Термопластичные композиты и инфузия смолы играет ключевую роль во внешнем крыле FTB # 2. Уплотненные на месте (ISC) термопластические композиты (TPC) и сухая инфузия волокна / смолы позволяют изготавливать большие первичные структуры без использования дополнительных инструментов при меньших затратах по сравнению с традиционными процессами на основе автоклавов. Термопластическая сварка и высокоинтегрированные конструкции, объединенные одним выстрелом, также уменьшают влияние сборки, механических крепежных элементов, механической обработки этих крепежных элементов и проверки во всем.

Инфузионная технология Разработка Clean Sky 2 началась с предыдущих проектов Clean Sky, таких как GRA, ECO-DESIGN, APOLO и CERTERIN. Между тем, ISC TPC была реализована в проектах Clean Sky ICARO, TARGET, ECO-DESIGN и Green Regional Aircraft-Light Weight (GRA-LW), что позволило включить эту технологию в демонстрационный образец полета Clean Sky 2 FTB # 2.

Рис. 10. Тестовая пирамида. Фото:«Высокоинтегрированная секция кессона крыла Airbus Defence and Space, изготовленная путем размещения сухого волокна и вливания жидкой смолы», автор - А. Э. Хименес Гахете, Materiales Compuestos Vol. 4, No. 4, pp. 19–26, сентябрь 2020 г.

Сертификация внешнего крыла FTB №2

Как пояснил Гахете, «Шаг за шагом мы [Airbus DS] проходим всю пирамиду испытаний конструкции планера от купонов до полномасштабных испытаний конструкции внешнего крыла». Hexcel HiTape, UD 210 граммов на квадратный метр (г / м2) и шириной 12,7 мм с термопластической вуалью V800E с обеих сторон (вес вуали 4 г / м2 на каждую сторону), пропитанный эпоксидной смолой Hexcel HexFlow RTM6, отверждаемой при 180 ° C, полностью охарактеризован, включая однонаправленные и многоугольные свойства. Результаты испытаний показали, что этот материал имеет хорошие характеристики модуля упругости, но меньшую прочность по сравнению с эпоксидным препрегом HexPly M21E Hexcel, изготовленным из промежуточного углеродного волокна HexTow IMA, которое используется для производства обшивки крыла, лонжеронов и кессона центрального крыла для Airbus A350. Квазиизотропные ламинаты показали хорошие результаты по сравнению с тем же эталоном.

Гахете объясняет, что в дополнение к купонам для определения характеристик материала, а также перед тестированием деталей и подкомпонентов панели для получения допустимых значений конструкции использовались производственные демонстраторы, чтобы помочь проверить, «какие конструктивные особенности могут быть получены с помощью выбранных производственных процессов». DEMO1 объединяет секцию обшивки переменной толщины, J-образный лонжерон с ребрами жесткости и два стрингера, встроенных в обшивку, и фланец J-образного лонжерона. DEMO2 размером 3 метра в длину, 0,86 метра в ширину и высоту 3,44 метра имитирует габаритные размеры внешнего кессона крыла FTB # 2 и включает в себя пять стрингеров. Гахете отмечает, что некоторые корректировки процесса были внесены в несколько итераций, прежде чем были получены успешные результаты испытаний конструктивных деталей.

Рис. 9. Матрица испытаний внешнего крыла FTB №2. Фото:Гахете, Materiales Compuestos Vol. 4, No. 4, pp. 19–26, сентябрь 2020 г.

Также была заполнена матрица испытаний деталей конструкции, включая испытания на удар молнии, биение стрингера и испытания на повреждение стрингера (для оценки продольного изгиба и отказов). Панельные тесты подкомпонентов также завершились с положительными результатами. По словам Гахете, после успешного завершения всей пирамиды испытаний, от купонов до подкомпонентов, остались только заключительные полномасштабные статические и функциональные испытания внешнего крыла, чтобы получить квалификацию FTB # 2 для полета. Эти испытания планируется завершить к концу 2021 года.

FTB №2 в рамках крупномасштабной разработки технологий

Внешний кессон крыла - это лишь часть FTB # 2, которую поставляет Airbus DS. Другие структурные демонстраторы - как объясняется в документе 2019 года «Структурные радиолокационные исследования Airbus Defense and Space как партнерство с чистым небом», написанном Airbus DS и опубликованном Европейской конференцией по аэронавтике и космическим наукам (EUCASS) в 2019 году, включают MT1 или Кабины МТ2 (см. Изображение ниже) с высокой структурной интеграцией для снижения веса и стоимости, передними кромками крыла с изменяемыми характеристиками и полностью внешним крылом с крылышком и изменяемым закрылком. (Обратите внимание, что последний продвигается в рамках проекта Air Green 2 итальянского центра аэрокосмических исследований CIRA.)

На приведенном ниже рисунке показаны различные исследования Airbus DS в рамках Clean Sky (CS1) и Clean Sky 2 (CS2) в рамках широкого технологического портфеля.

В документе EUCASS также объясняется, что эти исследовательские проекты включают не только передовые технологии композитов, но и новые разработки в области металлов, а также аддитивное производство, оснастку и ремонт:

• Высоко интегрированная первичная структура
  • Однократное совместное отверждение усиленный многофункциональный сплошной ламинат с двойной кривизной
  • Высокая степень интеграции объемных рамок за счет вливания жидкой смолы (LRI)
    • Сплошной ламинат (нижний FR-9)
    • Сэндвич с жесткой рамой (передняя перегородка FR-1)
    • Нижняя обшивка и лонжероны кессона крыла FTB №2
  • Высокая степень интеграции за счет консолидации термопласта на месте (ISC)
    • Малая кривизна (FR-4 MT1 / MT2; верхняя обшивка внешнего кессона крыла FTB # 2)
    • Термопластическая непрерывная формовка (стрингеры)
    • Высокая / двойная кривизна (передняя кромка и кожух)
  • Каркас фюзеляжа / нервюра крыла изготовлены из листа легкого сплава горячей штамповки.
• Вторичная структура:недорогие оконные рамы TPC и ALM (аддитивное производство).
• Инструментальные технологии:недорогой композит и ALM
• Ремонт и обслуживание
  • Стандартный ремонт сильно интегрированной изогнутой усиленной кожи (pre-preg)
  • Совместное уплотнение и сварка термопластов ISC.
  • Структурные элементы RTM-LRI
    • Применение патча Prepreg
    • Пластыри из сухого материала плюс инъекция смолы.
  • Инъекция смолы для фиксации внешних многофункциональных слоев.

Постоянное внимание уделяется беспроблемной сборке, а также развитию новых цифровых систем 4.0 и технологий тестирования, таких как перечисленные в документе EUCASS:

• Интерферометрия (DIC)
  • Испытания средней мощности с несколькими ударами.
  • Вибрационные испытания
• Термография
  • Приложение NDT
  • Структурное поведение в жаркой среде
• Датчики SHM и методы измерения
  • Волоконная оптика FBG (волоконная решетка Брэгга)
  • OBR (оптическая рефлектометрия обратного рассеяния)
  • МЭМС (микроэлектромеханические системы, сочетающие электрические и механические компоненты на одном компьютерном чипе)
• p-Uoustic (метод измерения поглощения на месте на основе скорости и давления)

Совместная система сертификации ЕС

Последнее замечание из документов EUCASS и Gahete - это признание тесного сотрудничества и работы, проделанной рядом ключевых партнеров Airbus DS, включая NLR (Нидерландский аэрокосмический центр), Airborne (Гаага, Нидерланды), Applus + Laboratories (Барселона, США). Испания), MTorres (Торрес-де-Элорц, Испания) и FIDAMC (Хетафе, Испания), последняя описана как «активно вовлеченная во все технологии, разрабатываемые с использованием композитных материалов, и их производственные процессы».

Некоторое время я отмечал деятельность и публикации инженеров Airbus в Хетафе и писал о работе ISC TPC, проделанной FIDAMC и другими. CW также подчеркивал лидерство Airbus DS во многих статьях, написанных о проектах Clean Sky. Но до сих пор я не понимал, насколько долгосрочной и спланированной была стратегия Airbus DS, которая максимально использовала свое участие и вклад в программы Clean Sky. Имеет смысл заложить основу для сертификации во время разработки новых демонстраторов кабины и крыла. CW писал о том, что тот же подход, применяемый лидером темы Airbus в Германии в рамках демонстрации многофункционального фюзеляжа Clean Sky 2 (MFFD). В этом случае полная характеристика легкоплавкого полиарилэфиркетона (LM PAEK) в сварных соединениях будет достигнута в рамках подпроекта MECATESTERS.

Дорожные карты Airbus DS и иллюстрация радаров структурных технологий, показанные в этом отчете, являются еще одним примером того, как европейская авиационная промышленность и промышленность композитов работают вместе, чтобы быть готовыми к будущему. Clean Sky 2 продолжает добиваться успеха, предоставляя европейским предприятиям авиационной и аэрокомпозитной промышленности амбициозное видение и финансовую основу для совместной работы для достижения четких целей. Эта работа также поможет по мере того, как отрасль поворачивается к электрификации, водороду и альтернативным видам топлива для преодоления изменения климата, и авиация и композиты должны сыграть ключевую роль в этом достижении.