AFRL évalue le tressage, l'outillage SMP et VARTM pour les futurs conduits d'admission du moteur à moindre coût

Une partie de la stratégie scientifique et technologique de l'U.S. Air Force 2030 comprend le déploiement massif de systèmes aériens sans pilote à faible coût pour aider dans les engagements futurs. Pour réaliser cette vision, de nouvelles stratégies de fabrication doivent être identifiées qui peuvent soutenir la fabrication rapide de composants aérospatiaux de haute qualité à des coûts inférieurs à ce qui est actuellement disponible à l'aide des processus existants.

La division des technologies de fabrication et industrielles de l'Air Force Research Laboratory (AFRL, Dayton, Ohio, États-Unis) et l'équipe de sous-traitants basée dans l'Ohio, aux États-Unis, de Cornerstone Research Group (Dayton), A&P Technology (Cincinnati) et Spintech LLC (Xenia), ont mené des recherches pour quantifier les avantages du remplacement de l'ancien préimprégné à la main par une préforme tressée en fibres sèches et un moulage par transfert de résine sous vide (VARTM) pour la fabrication d'un conduit d'admission de moteur composite en forme de S de 11 pieds de long.

Les conduits d'admission des moteurs d'avion fournissent un apport constant d'air pour empêcher le compresseur du moteur de caler. L'entrée doit créer le moins de traînée possible. Le plus petit écart dans l'alimentation du flux d'air peut causer des problèmes majeurs de moteur ainsi que des pertes d'efficacité importantes. Si le conduit d'admission doit fournir suffisamment d'air avec un minimum de turbulences, il doit être propre et impeccable.

La nouvelle approche de fabrication du conduit d'admission en forme de S remplace le préimprégné à la main sur un mandrin en acier en plusieurs pièces, suivi d'un durcissement à l'autoclave avec un processus de surtresse automatisé qui applique à la place de la fibre sèche. Le mandrin en acier multipièces très lourd est remplacé par un mandrin en polymère à mémoire de forme (SMP) monobloc léger. La fibre de carbone tressée à sec est transformée en une structure composite à l'aide de VARTM avec une résine époxy à faible coût et un durcissement au four.

L'équipe a terminé l'analyse de l'architecture du surtressage, ainsi que la fabrication d'un outil de formage SMP et du mandrin SMP qui sert d'outil pendant le processus de surtressage des préformes. En raison de la géométrie complexe du conduit d'admission en forme de S, plusieurs itérations ont été nécessaires pour optimiser les paramètres de la machine de surtresse et minimiser le froissement des matériaux composites. Un total de quatre conduits d'admission sera fabriqué et le coût des pièces héritées et le temps de production seront comparés à la nouvelle conception.

"Nous pensons que l'introduction d'un mandrin polymère à mémoire de forme réutilisable avec le processus automatisé de surtresse et un durcissement composite VARTM au four entraînera des réductions significatives des coûts et du temps de cycle", a déclaré Craig Neslen, responsable de la fabrication de l'avion à faible coût Attritable. Initiative technologique au sein de la Division des technologies manufacturières et industrielles de l'AFRL. « La quantification des avantages de fabrication et la validation de l'intégrité structurelle seront essentielles pour établir une analyse de rentabilisation positive et convaincre les concepteurs et les fabricants que les nouveaux matériaux et processus doivent être intégrés dans les futures conceptions de conduits d'admission de moteur à faible coût. »

Le conduit d'admission final sera livré à l'US Air Force pour une intégration plus poussée dans le programme complémentaire de conception et de fabrication de la cellule au sein de la Direction des systèmes aérospatiaux de l'AFRL. La division des véhicules aérospatiaux effectuera des essais au sol statiques du fuselage tressé intégré et de la structure du conduit d'admission.

« Bien que nous n'ayons pas encore défini toutes les implications de la tolérance à l'usure sur les critères de conception et les matériaux et processus de fabrication qui en résultent utilisés, nous avons une base de référence avec des exigences de seuil pour la résistance et la rigidité que nous évaluerons via des tests au sol de la cellule à grande échelle, ", a déclaré Ray Fisher, ingénieur en aérospatiale de la division des véhicules aérospatiaux.

L'AFRL est le principal centre de recherche et de développement scientifique de l'U.S. Air Force. Il joue un rôle essentiel dans la direction de la découverte, du développement et de l'intégration de technologies de combat abordables pour nos forces aériennes, spatiales et cyberespace. Avec un effectif de plus de 11 000 personnes dans neuf domaines technologiques et 40 autres opérations à travers le monde, AFRL propose un portefeuille diversifié de sciences et de technologies allant de la recherche fondamentale à la recherche avancée et au développement technologique. Pour plus d'informations, visitez :www.afresearchlab.com.