AFRL测试编织、SMP工装与VARTM降低未来发动机进气道成本
美国空军2030科技战略部分包括大规模部署低成本无人航空系统协助未来交战。为实现此愿景,必须确立新制造策略,支持以低于现有传统工艺成本快速制造高质量航空航天部件。
空军研究实验室(AFRL,美国俄亥俄州代顿)制造与工业技术部门与俄亥俄承包商团队Cornerstone Research Group(代顿)、A&P Technology(辛辛那提)、Spintech LLC(克塞尼亚)开展研究,量化用干纤维编织预成型件和真空辅助树脂传递模塑(VARTM)替代传统预浸料手工铺层,制造11英尺长S形复合材料发动机进气道的效益。
航空发动机进气道提供恒定气流防止压气机失速。进气道须产生最小阻力。气流供应最小间隙均可导致重大发动机问题及显著效率损失。为提供充足气流且最小湍流,进气道必须清洁无瑕。
S形进气道新制造法用自动覆编工艺替代多件钢芯棒手工铺层预浸料后高压釜固化,改施加干纤维。极重多件钢芯棒替换为轻质单件形状记忆聚合物(SMP)芯棒。干编织碳纤维经低成本环氧树脂VARTM烘箱固化成复合结构。
团队完成覆编架构分析、SMP成型工具和作为预成型覆编工具的SMP芯棒制造。因S形进气道几何复杂,需多次迭代优化覆编机设置最小化复合材料起皱。共制造四个进气道,将对比传统零件成本和生产时间。
“我们认为可复用形状记忆聚合物芯棒结合自动覆编工艺和烘箱基VARTM复合材料固化将带来显著成本和周期时间降低,”AFRL制造与工业技术部低成本可损耗飞机技术倡议制造负责人Craig Neslen说。“量化制造效益和验证结构完整性对建立正面商业案例、说服设计师制造商采用新材料工艺于未来低成本进气道设计至关重要。”
最终进气道将交付美国空军,进一步集成至AFRL航空航天系统司令部互补机身设计制造项目。航空器部门将对集成编织机身和进气道结构进行静态地面测试。
“虽然尚未定义损耗容限对设计准则及由此制造材料工艺的所有含义,但我们有基线阈值要求的强度刚度,将通过全尺寸机身地面测试评估,”航空器部门航空航天工程师Ray Fisher说。
AFRL是美国空军主要科研开发中心,在领导发现、开发、整合可负担作战技术为空天网络力量服务发挥核心作用。拥有11,000+员工,跨九技术领域和全球40其他运营,AFRL提供从基础到先进研究技术开发的多元科技组合。更多信息访问:www.afresearchlab.com。
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