【航空航天】Dowty利用數字化技術開發飛機新代可持續復合材料螺旋槳葉片
作為由Dowty螺旋槳公司(Dowty)牽頭的一項耗資2000萬英鎊研發計劃的一部分,英國復合材料中心(NCC)使用新工藝設計并制造了一種全尺寸螺旋槳葉片原型件。
為期4年的“數字螺旋槳推進器”(DigiProp)計劃旨在對Dowty螺旋槳系統的設計、制造和測試等各個方面進行創新,開發不僅能夠降低成本,同時還能顯著提高性能的螺旋槳葉片。這項工作成果對于未來可持續和低成本航空飛行的實現將更進一步。
為完成這一具有創新性的項目,NCC與Dowty和來自高價值制造彈射器計劃(HVM Catapult)的研究中心——謝菲爾德大學先進制造研究中心(AMRC)和制造技術中心(MTC)的伙伴中心開展合作。NCC研究團隊先確定了針對熱塑性復合材料的先進三軸碳纖維編織技術作為低成本、可自動化、高性能和環保的制造工藝。熱塑性復合材料可以通過熔融的方法進行回收,也可以再成形為另一種產品,因此可以減少廢料產生。整個過程是全自動化實現的,全面減少了制造過程中產生缺陷的數量,同時減少了不必要的返工。
在螺旋槳葉片的結構部件中使用熱塑性復合材料三軸碳纖維編織技術是此前從未嘗試過的。對于尺寸較小的螺旋槳葉片,NCC發現這項技術是一種更快、更簡易的制造過程,具有非常顯著的成本效益。
不斷增加的對于更清潔、更低成本的航空旅行需求推動著飛機設計的創新,“數字螺旋槳推進器”(DigiProp)研發計劃在這一背景下于2017年正是面世,其目的是確保英國制造商在渦輪螺旋槳飛機的可持續推進技術方面處于地位。Dowty公司表示,3個高價值制造彈射器計劃研究中心在成熟和新興技術方面提供的專業能力,使公司能夠解鎖使用英國好的下一代飛機技術能力和創新能力。
NCC、AMRC和MTC均具有強勁的復合材料研發和制造專業技術能力,目前均已能夠將復雜的三軸纖維編織技術轉化為工業現實,利用復合材料取向特性提供關鍵性能和強度,同時大限度地發揮輕量化特性優勢,實現葉片整體減重。
Dowty公司總裁Henry Johnston表示,該項目是Dowty開展過的大研究項目,同時也非常及時。現在Dowty已經擁有了一套先進的新技術,使得公司能夠在新冠疫情蔓延后加速發展可持續航空平臺奠定基礎。
NCC工程開發負責人Eoin Simon表示,在DigiProp計劃中與Dowty和與HVM Catapult中心合作對NCC來說是一個絕佳機會,可以為螺旋槳葉片設計開發數字制造技術和解決方案,同時這項技術也能夠在其他中空3D結構中取得更廣泛的應用,其中包括用于小型電動飛行器低成本可回收復合材料組件。通過DigiProp積累的專業技術和研發經驗也促使NCC開展了另一個項目,研究使用類似制造技術開發復合材料山地自行車,這可以進一步演示驗證復合材料如何推動各類應用的創新。
在項目執行期間,Dowty公司與合作伙伴共同探索了許多其他領域。例如,通過與MTC的合作,Dowty在其新工廠內的研發過程中引入了數字孿生,不僅優化了工廠的占地空間,同時還次確定了生產過程中的瓶頸。這種產出方式不僅減少了制造時間和能源消耗,同時還顯著提高了產品的次產量和性能,并加快了客戶所需產品的問世。
通過復雜的數據模型,該項目將為Dowty的客戶提供全系統級空氣動力學和聲學性能改進,并通過創建數字線索為大數據的使用奠定基礎。
Dowty工程負責人Jonathan Chestney表示,研究人員開發的參數化螺旋槳系統模型使他們能夠使用比人類大腦能夠計算的多得多的變量,僅需要幾周時間就能夠在一些復雜問題上提供人腦需要數千年才能完成的運算能力。這些能力為客戶提供了比以往更快的設計響應能力和更高水平的設計優化能力。
Dowty目前已經開始使用DigiProp計劃中實現的新技術開展研發工作,并瞄準了下一代飛機平臺。潛在客戶也正受益于Dowty提供數據分析能力,且性能分析所需的時間很短。
DigiProp計劃由航空工業界和ATI計劃共同資助,這是一項政府和行業聯合投資計劃,旨在維持和發展英國在民用航空設計和制造方面的優勢地位。該計劃通過英國航空航天技術研究所(ATI,商業、能源和工業戰略部(BEIS)和創新英國(Innovate UK)之間發起,旨在解決技術、能力和供應鏈挑戰。










































