美國空軍和俄亥俄州的復合材料團隊為S形飛機結構開發新工藝。
 

在樹脂灌注之前，展示了一個11英尺長的進口管道預制件，這是美國空軍研究實驗室(AFRL)項目的一部分，該項目旨在降低無人機的成本，如Kratos XQ-58 Valkyrie(如圖所示)，由Kratos Defense & Security Solutions公司為美國設計和制造的AFRL的“低成本飛機技術”項目組合下的“空軍低成本攻擊演示器”計劃。

 

美國空軍2030年科學和技術戰略的一部分包括大規模部署低成本無人機系統，以協助未來的交戰。為了實現這一目標，必須確定新的制造策略，以比目前使用傳統工藝更低的成本支持快速制造高質量的航空部件。

 

美國空軍研究實驗室（AFRL）制造和工業技術部門以及美國俄亥俄州基石研究小組（Dayton），A＆P Technology（辛辛那提）和Spintech LLC（墨西哥）的承包商團隊進行了研究。量化用干纖維編織預成型坯和真空輔助樹脂傳遞模塑（VARTM）代替傳統的預浸料手工疊層的優勢，以制造11英尺長的S形復合發動機進氣道。

 

飛機發動機進氣道可提供恒定的空氣，以防止發動機的壓縮機失速。入口必須產生盡可能小的阻力。氣流供應中的小間隙可能會導致主要的發動機問題以及嚴重的效率損失。如果進氣管要提供足夠的空氣且湍流小，則進氣管必須干凈。

 

S形進氣管的新穎制造方法取代了多件式鋼芯軸上的手工鋪層預浸料，通過自動覆膜工藝對高壓釜進行固化，從而替代干纖維。 用重量輕的單件形狀記憶聚合物(SMP)芯棒代替重量大的多片鋼芯棒。使用VARTM和低成本環氧樹脂將干燥的編織碳纖維加工成復合結構，并進行烘箱固化。

 

該團隊完成了對編織層體系結構的分析，并完成SMP成型工具的制造以及在預成型件編織過程中用作該工具的SMP心軸。由于S形進氣道的幾何形狀復雜，因此必須進行多次迭代才能優化編織網的機器設置并大程度地減少復合材料起皺?？偣矊⒅圃焖膫€進氣管，并將傳統零件的成本和生產時間與新設計進行比較。

 

“我們相信引入可重復使用的形狀記憶聚合物心軸以及自動過度編織工藝和基于烘箱的VARTM復合固化技術，將顯著降低成本和縮短周期時間，”AFRL制造和工業技術部低成本Attritable飛機制造的技術計劃負責人Craig Neslen說。“量化制造收益和驗證結構完整性對于建立積極的業務案例并說服設計師和制造商將新材料和新工藝納入未來的低成本發動機進氣道設計中至關重要。”

 

終的進氣管將交付給美國空軍，以進一步整合到AFRL航空航天系統局的補充機身設計和制造計劃中。 航空航天部門將對集成的編織機身和進氣道結構進行靜態地面測試。

 

“雖然我們還沒有定義耐磨耗性對設計標準以及所使用的終制造材料和工藝的所有影響，但我們確實具有強度和剛度的閾值要求的基線，我們將通過全面的機身地面測試來評估該要求，”航空航天飛行器部門的航空工程Ray Fisher說。