Air Force Labs innove la production de conduit d'admission moteur avec préformes tressées et outillage à changement de phase

En mars 2020, le Air Force Research Laboratory (AFRL, Dayton, Ohio, États-Unis) a annoncé que sa division Manufacturing and Industrial Technologies s'était associée à Cornerstone Research Group (Dayton), A&P Technology (Cincinnati, Ohio, États-Unis) et Spintech LLC (Xenia, Ohio, États-Unis) pour rechercher la quantification des avantages du remplacement des procédés de fabrication hérités par des procédés novateurs pour la fabrication d'un conduit d'admission moteur en S de 3,35 mètres pour systèmes d'aéronefs sans pilote. Un des objectifs du programme est de comprendre les avantages en coût de pièce et temps de production de l'introduction des nouvelles solutions d'outillage et de traitement.

Nouveau procédé : tressage automatisé et outillage intelligent

Le conduit d'admission — une pièce creuse en forme de tube de l'aéronef assurant un flux d'air doux dans le moteur — était précédemment fabriqué en appliquant un préimprégné composite à la main sur un mandrin acier multi-pièces. Le mandrin et le matériau étaient ensuite polymérisés en autoclave.

Dans le nouveau procédé, de la fibre de carbone sèche est appliquée, en utilisant le procédé de sur-tressage automatisé d'A&P Technology, sur un mandrin fait du polymère à mémoire de forme (SMP) Smart Tooling de Spintech. La préforme résultante est imprégnée de résine époxy à faible coût par moulage par transfert de résine assisté par vide (RTM).

Dans le procédé Smart Tooling (voir vidéo ci-dessous, ou une démonstration du produit ici), une fois la fibre de carbone sèche appliquée sur l'outil polymère rigide, des sacs sous vide sont placés autour de l'extérieur et au centre creux de l'outil. La pièce est placée dans un four où de la résine chauffée est appliquée sous pression, puis polymérisée. Post-polymérisation, l'outil Smart Tooling est porté à sa température élastique, à laquelle il peut être facilement extrait de la pièce composite finie, reformé, puis refroidi pour solidifier à nouveau le matériau pour réutilisation.

En raison de la complexité géométrique du conduit d'admission, plusieurs itérations étaient attendues pour l'optimisation des réglages du sur-tressage pour minimiser le froissage du matériau composite, résultant en quatre conduits d'admission au total à comparer au coût et temps de production de la pièce héritée. Le tressage triaxial QISO d'A&P était l'architecture dominante employée dans la préforme.

L'objectif global du programme est la livraison du conduit d'admission final au gouvernement américain pour intégration dans le programme de conception et fabrication de structure aérienne de la Direction des Systèmes Aérospatiaux, avec des tests supplémentaires de la structure menés par la Division Véhicules Aérospatiaux.