AFRL evalueert vlechtwerk, SMP-tooling en VARTM voor goedkopere toekomstige motorinlaatkanalen

Een deel van de strategie voor wetenschap en technologie van de Amerikaanse luchtmacht 2030 omvat de massale inzet van goedkope onbemande luchtsystemen om te helpen bij toekomstige opdrachten. Om deze visie te realiseren, moeten nieuwe productiestrategieën worden geïdentificeerd die de snelle productie van hoogwaardige lucht- en ruimtevaartcomponenten kunnen ondersteunen tegen lagere kosten dan wat momenteel beschikbaar is met behulp van legacy-processen.

De Manufacturing and Industrial Technologies Division van de Air Force Research Laboratory (AFRL, Dayton, Ohio, VS) en het in Ohio, VS gevestigde aannemersteam van Cornerstone Research Group (Dayton), A&P Technology (Cincinnati) en Spintech LLC (Xenia), hebben onderzoek gedaan om de voordelen te kwantificeren van het vervangen van traditionele prepreg-handlay-up door droge vezelgevlochten voorvorm en vacuümgeassisteerde harsoverdracht (VARTM) voor de fabricage van een 11-voet lang, S-vormig composiet motorinlaatkanaal.

Inlaatkanalen van vliegtuigmotoren zorgen voor een constante toevoer van lucht om te voorkomen dat de compressor van de motor afslaat. De inlaat moet zo min mogelijk weerstand creëren. De kleinste opening in de luchtstroomtoevoer kan grote motorproblemen en aanzienlijke efficiëntieverliezen veroorzaken. Als het inlaatkanaal voldoende lucht moet leveren met minimale turbulentie, moet het schoon en foutloos zijn.

De nieuwe fabricagebenadering voor het S-vormige inlaatkanaal vervangt de prepreg met de hand op een meerdelige stalen doorn gevolgd door autoclaafuitharding met een geautomatiseerd overvlechtproces dat in plaats daarvan droge vezels aanbrengt. De zeer zware, meerdelige stalen doorn is vervangen door een lichtgewicht, uit één stuk gevormde vormgeheugenpolymeer (SMP) doorn. De droog gevlochten koolstofvezel wordt verwerkt tot een composietstructuur met behulp van VARTM met een goedkope epoxyhars en ovenharding.

Het team voltooide de analyse van de overvlechtarchitectuur, evenals de fabricage van een SMP-vormgereedschap en de SMP-doorn die als gereedschap dient tijdens het overvlechtproces van de voorvorm. Vanwege de complexe geometrie van het S-vormige inlaatkanaal waren meerdere iteraties nodig om de instellingen van de overvlechtmachine te optimaliseren en het kreuken van composietmateriaal te minimaliseren. Er zullen in totaal vier inlaatkanalen worden gefabriceerd en de kosten van oude onderdelen en productietijd zullen worden vergeleken met het nieuwe ontwerp.

"Wij zijn van mening dat de introductie van een herbruikbare doorn van polymeer met vormgeheugen samen met het geautomatiseerde overvlechtproces en een ovengebaseerde VARTM-composietuitharding zal leiden tot aanzienlijke kosten- en cyclustijdreducties", zegt Craig Neslen, productieleider voor de Low Cost Attritable Aircraft Technology Initiative in de Manufacturing and Industrial Technologies Division bij AFRL. "Het kwantificeren van de productievoordelen en het valideren van structurele integriteit zal van cruciaal belang zijn om een ​​positieve businesscase op te stellen en ontwerpers en fabrikanten ervan te overtuigen dat de nieuwe materialen en processen moeten worden opgenomen in toekomstige goedkope motorinlaatkanaalontwerpen."

Het laatste inlaatkanaal zal worden geleverd aan de Amerikaanse luchtmacht voor verdere integratie in het aanvullende casco-ontwerp- en fabricageprogramma binnen AFRL's Aerospace Systems Directorate. De Aerospace Vehicles Division zal statische grondtesten uitvoeren van de geïntegreerde gevlochten romp en inlaatkanaalstructuur.

"Hoewel we alle implicaties van slijtagetolerantie op ontwerpcriteria en de resulterende gebruikte productiematerialen en -processen nog moeten definiëren, hebben we een basislijn met drempelvereisten voor sterkte en stijfheid die we zullen beoordelen via grootschalige grondtests voor casco's, ', zegt Ray Fisher, ruimtevaartingenieur bij de afdeling Lucht- en Ruimtevaartvoertuigen.

AFRL is het belangrijkste wetenschappelijke onderzoeks- en ontwikkelingscentrum voor de Amerikaanse luchtmacht. Het speelt een integrale rol bij het leiden van de ontdekking, ontwikkeling en integratie van betaalbare oorlogstechnologieën voor onze lucht-, ruimte- en cyberspace-troepen. Met een personeelsbestand van meer dan 11.000 in negen technologiegebieden en 40 andere operaties over de hele wereld, biedt AFRL een gevarieerd portfolio van wetenschap en technologie, variërend van fundamenteel tot geavanceerd onderzoek en technologische ontwikkeling. Ga voor meer informatie naar:www.afresearchlab.com.