AFRL teste tressage, outillage SMP et VARTM pour réduire coûts sur futurs conduits d'admission moteur

Une partie de la stratégie Science et Technologie 2030 de l'US Air Force inclut le déploiement massif de systèmes aériens sans pilote à faible coût pour assister dans les engagements futurs. Pour réaliser cette vision, de nouvelles stratégies de fabrication doivent être identifiées qui peuvent supporter la fabrication rapide de composants aérospatiaux de haute qualité à des coûts inférieurs à ce qui est actuellement disponible avec les procédés hérités.

La division Manufacturing and Industrial Technologies du Air Force Research Laboratory (AFRL, Dayton, Ohio, États-Unis) et l'équipe de sous-traitants basée en Ohio, États-Unis, composée de Cornerstone Research Group (Dayton), A&P Technology (Cincinnati) et Spintech LLC (Xenia), a conduit des recherches pour quantifier les bénéfices du remplacement du préimprégné stratifié main sur mandrin acier multi-pièces suivi de durcissement autoclave par un procédé de surtressage automatisé qui applique plutôt de la fibre sèche. Le mandrin acier multi-pièces très lourd est remplacé par un mandrin unique en polymère à mémoire de forme (SMP) léger. La fibre de carbone tressée sèche est ensuite traitée en structure composite en utilisant le VARTM (moulage par transfert de résine assisté par vide) avec une résine époxy à faible coût et durcissement au four.

Les conduits d'admission de moteur d'avion fournissent une alimentation constante en air pour prévenir le calage du compresseur du moteur. L'admission doit créer le moins de traînée possible. Le plus petit écart dans l'alimentation en air peut causer de majeurs problèmes moteur ainsi que des pertes d'efficacité significatives. Si le conduit d'admission doit fournir suffisamment d'air avec un minimum de turbulence, il doit être propre et sans défaut.

L'approche de fabrication novatrice pour le conduit d'admission en S de 11 pieds (3,35 m) remplace le stratifié main préimprégné sur mandrin acier multi-pièces suivi de durcissement autoclave par un procédé de surtressage automatisé qui applique de la fibre sèche. Le mandrin acier multi-pièces très lourd est remplacé par un mandrin unique en polymère à mémoire de forme (SMP) léger. La fibre de carbone tressée sèche est ensuite traitée en structure composite en utilisant le VARTM avec une résine époxy à faible coût et durcissement au four.

L'équipe a complété l'analyse de l'architecture de surtressage, ainsi que la fabrication d'un outil de formage SMP et du mandrin SMP qui sert d'outil pendant le processus de surtressage de la préforme. En raison de la géométrie complexe du conduit d'admission en S, de multiples itérations étaient nécessaires pour optimiser les réglages de la machine de surtressage et minimiser le gauchissement du matériau composite. Un total de quatre conduits d'admission seront fabriqués et le coût et temps de production de la pièce héritée seront comparés au nouveau design.

« Nous croyons que l'introduction d'un mandrin polymère à mémoire de forme réutilisable avec le procédé de surtressage automatisé et un durcissement composite VARTM basé four mènera à des réductions significatives de coûts et temps de cycle », dit Craig Neslen, responsable fabrication pour l'initiative Low Cost Attritable Aircraft Technology dans la division Manufacturing and Industrial Technologies à l'AFRL. « Quantifier les bénéfices de fabrication et valider l'intégrité structurelle sera critique pour établir un business case positif et convaincre concepteurs et fabricants que les nouveaux matériaux et procédés devraient être incorporés dans les futurs designs de conduits d'admission moteur à faible coût. »

Le conduit d'admission final sera livré à l'US Air Force pour intégration supplémentaire dans le programme complémentaire de conception et fabrication de structure aéronautique au sein de la direction Aerospace Systems de l'AFRL. La division Aerospace Vehicles conduira des tests statiques au sol de la structure intégrée fuselage tressé et conduit d'admission.

« Bien que nous n'ayons pas encore défini toutes les implications de la tolérance à l'attrition sur les critères de design et les matériaux et procédés de fabrication résultants utilisés, nous avons une ligne de base avec exigences seuils pour résistance et rigidité que nous évaluerons via tests au sol d'aéronef à échelle réelle », a dit Ray Fisher, ingénieur aérospatial dans la division Aerospace Vehicles.

L'AFRL est le centre principal de recherche scientifique et développement pour l'US Air Force. Il joue un rôle intégral dans la direction de la découverte, développement et intégration de technologies de guerre abordables pour nos forces air, espace et cyberespace. Avec une main-d'œuvre de plus de 11 000 à travers neuf domaines technologiques et 40 autres opérations à travers le globe, l'AFRL fournit un portefeuille diversifié de science et technologie allant de la recherche fondamentale au développement technologique avancé. Pour plus d'informations, visitez : www.afresearchlab.com.