AFRL avalia trança, ferramentas SMP e VARTM para dutos de entrada de motor futuros de baixo custo

Parte da estratégia de Ciência e Tecnologia da Força Aérea dos EUA para 2030 inclui a implantação em massa de Sistemas Aéreos Não Tripulados de baixo custo para auxiliar em futuros engajamentos. Para concretizar essa visão, novas estratégias de manufatura devem ser identificadas, as quais podem apoiar a manufatura rápida de componentes aeroespaciais de alta qualidade a custos mais baixos do que o que está disponível atualmente usando processos legados.

A Divisão de Fabricação e Tecnologias Industriais do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea (AFRL, Dayton, Ohio, EUA) e a equipe de contratantes do Cornerstone Research Group (Dayton), A&P Technology (Cincinnati) e Spintech LLC (Xenia), com sede nos EUA, conduziram pesquisas para quantificar os benefícios da substituição do layup manual prepreg legado por pré-forma trançada de fibra seca e moldagem por transferência de resina assistida a vácuo (VARTM) para a fabricação de um duto de entrada de motor composto em forma de S de 11 pés de comprimento.

Os dutos de entrada do motor de aeronave fornecem um suprimento constante de ar para evitar que o compressor do motor pare. A entrada deve criar o mínimo de resistência possível. A menor lacuna no suprimento de fluxo de ar pode causar problemas graves no motor, bem como perdas significativas de eficiência. Se o duto de entrada fornecer ar suficiente com turbulência mínima, ele deve estar limpo e sem defeitos.

A nova abordagem de fabricação para o duto de entrada em forma de S substitui o prepreg de layup manual em um mandril de aço de várias peças seguido por cura em autoclave com um processo de trançado automatizado que, em vez disso, aplica fibra seca. O muito pesado mandril de aço de várias peças é substituído por um mandril leve de polímero com memória de forma (SMP) de peça única. A fibra de carbono trançada a seco é processada em uma estrutura composta usando VARTM com uma resina epóxi de baixo custo e cura em forno.

A equipe concluiu a análise da arquitetura da trançada, bem como a fabricação de uma ferramenta de conformação SMP e do mandril SMP que serve como ferramenta durante o processo de trançamento da pré-forma. Por causa da geometria complexa do duto de entrada em forma de S, várias iterações foram necessárias para otimizar as configurações da máquina trançada e minimizar o enrugamento do material composto. Um total de quatro dutos de entrada serão fabricados e o custo da peça legada e o tempo de produção serão comparados ao novo design.

“Acreditamos que a introdução de um mandril de polímero com memória de forma reutilizável junto com o processo de trançado automatizado e uma cura composta VARTM em forno levará a reduções significativas de custo e tempo de ciclo”, disse Craig Neslen, líder de fabricação da aeronave de baixo custo atribuível Iniciativa de Tecnologia na Divisão de Manufatura e Tecnologias Industriais da AFRL. “Quantificar os benefícios de fabricação e validar a integridade estrutural será fundamental para estabelecer um caso de negócios positivo e convencer os designers e fabricantes de que os novos materiais e processos devem ser incorporados em projetos futuros de dutos de entrada de motor de baixo custo.”

O duto de entrada final será entregue à Força Aérea dos EUA para integração adicional no projeto de fuselagem complementar e programa de manufatura dentro da Diretoria de Sistemas Aeroespaciais do AFRL. A Divisão de Veículos Aeroespaciais conduzirá testes de solo estático da fuselagem trançada integrada e estrutura do duto de entrada.

“Embora ainda tenhamos que definir todas as implicações da tolerância ao atrito nos critérios de projeto e nos materiais e processos de fabricação resultantes utilizados, temos uma linha de base com os requisitos de limite de resistência e rigidez que avaliaremos por meio de testes de superfície de fuselagem em escala real, ”Disse Ray Fisher, engenheiro aeroespacial da Divisão de Veículos Aeroespaciais.

AFRL é o principal centro de pesquisa e desenvolvimento científico da Força Aérea dos EUA. Desempenha um papel integral na liderança da descoberta, desenvolvimento e integração de tecnologias de guerra acessíveis para nossas forças aéreas, espaciais e ciberespaciais. Com uma força de trabalho de mais de 11.000 em nove áreas de tecnologia e 40 outras operações em todo o mundo, o AFRL oferece um portfólio diversificado de ciência e tecnologia que varia de pesquisa fundamental a avançada e desenvolvimento de tecnologia. Para obter mais informações, visite:www.afresearchlab.com.