AFRL тестирует плетение, SMP-инструментовку и VARTM для снижения затрат на будущие входные воздуховоды двигателей

Часть стратегии Науки и Технологий ВВС США 2030 включает массовое развертывание недорогих Безпилотных Авиационных Систем для помощи в будущих задействованиях. Для реализации этого видения должны быть идентифицированы новые производственные стратегии, которые могут поддерживать быстрое производство высококачественных авиационных компонентов при более низких затратах, чем доступно сейчас с использованием наследических процессов.

Дивизион Производственных и Индустриальных Технологий Лаборатории Авиационного Исследования (AFRL, Дайтон, штат Огайо, США) и команде подрядчиков из Огайо, США: Cornerstone Research Group (Дайтон), A&P Technology (Синциннати) и Spintech LLC (Ксения), провели исследование для количественной оценки выгод от замены наследической ручной укладки препрега на многосоставной стальной ман드рель с последующей автоклавной отвержкой на автоматизированный процесс надплетения, который вместо этого применяет сухое волокно. Очень тяжелый многосоставной стальной мандрель заменяется легким односоставным мандрелем из полимера с формопамятью (SMP). Сухое сплетенное углеродное волокно затем обрабатывается в композитную структуру с использованием VARTM с недорогой эпоксидной смолой и духовной отвержкой.

Авиационные входные воздуховоды обеспечивают постоянную подачу воздуха для предотвращения столбика компрессора двигателя. Вход должен создавать как можно меньше лобового сопротивления. Малейший зазор в подаче воздуха может вызвать серьезные проблемы двигателя и значительные потери эффективности. Если входной воздуховод должен обеспечивать достаточное воздухо с минимальной турбулентностью, он должен быть чистым и безупречным.

Новый производственный подход для S-образного входного воздуховода заменяет ручную укладку препрега на многосоставной стальной мандрель с последующей автоклавной отвержкой на автоматизированный процесс надплетения, который вместо этого применяет сухое волокно. Очень тяжелый многосоставной стальной мандрель заменяется легким односоставным мандрелем из полимера с формопамятью (SMP). Сухое сплетенное углеродное волокно затем обрабатывается в композитную структуру с использованием VARTM с недорогой эпоксидной смолой и духовной отвержкой.

Команда завершила анализ архитектуры надплетения, а также изготовление формовочного инструмента SMP и мандреля SMP, служащего инструментом в процессе надплетения преформы. Из-за сложной геометрии S-образного входного воздуховода необходимо было множество итераций для оптимизации настроек машины надплетения и минимизации сморщивания композитного материала. Всего будет изготовлено четыре входных воздуховода, и затраты и время производства наследической детали будут сравнены с новым дизайном.

«Мы верим, что введение многоразового мандреля из полимера с формопамятью вместе с автоматизированным процессом надплетения и духовной VARTM композитной отвержкой приведет к значительным снижениям затрат и времени цикла», — говорит Крейг Неслен, руководитель производства по инициативе Low Cost Attritable Aircraft Technology в Дивизионе Производственных и Индустриальных Технологий AFRL. «Количественная оценка производственных выгод и валидация структурной целостности будут критичны для установления позитивного бизнес-кейса и убеждения проектировщиков и производителей, что новые материалы и процессы должны быть включены в будущие дизайны недорогих входных воздуховодов».

Финальный входной воздуховод будет доставлен ВВС США для дальнейшей интеграции в дополнительную программу дизайна и производства воздухорамы в Директорате Аэрокосмических Систем AFRL. Дивизион Аэрокосмических Транспортных Средств проведет статические наземные испытания интегрированной сплетенной фюзеляжной и входной воздуховодной структуры.

«Пока мы еще не определили все последствия терпимости к потере на критерии дизайна и результирующие производственные материалы и процессы, у нас есть базовая линия с пороговыми требованиями прочности и жесткости, которые мы оценим через полноразмерные наземные испытания воздухорамы», — сказал Рэй Фишер, инженер-аэрокосмик в Дивизионе Аэрокосмических Транспортных Средств.

AFRL — основной научный исследовательский и развивающий центр для ВВС США. Она играет неотъемлемую роль в руководстве открытием, разработкой и интеграцией доступных военных технологий для наших воздушных, космических и кибернетических сил. С рабочей силой более 11 000 по девяти технологическим направлениям и 40 других операций по всему миру, AFRL предоставляет разнообразное портфолио науки и технологий от фундаментальных до передовых исследований и развития технологий. Для получения дополнительной информации посетите: www.afresearchlab.com.