Geflochtene Preforms treffen auf Phasenwechselwerkzeuge

Bildnachweis:Forschungslabor der Luftwaffe

Im März 2020 gab das Air Force Research Laboratory (AFRL; Dayton, Ohio, USA) bekannt, dass seine Division Manufacturing and Industrial Technologies eine Partnerschaft mit der Cornerstone Research Group (Dayton), A&P Technology (Cincinnati, Ohio, USA) und Spintech LLC (Xenia .) eingegangen ist , Ohio, USA) über Forschungen zur Quantifizierung der Vorteile des Ersatzes veralteter Fertigungsverfahren durch neuartige Verfahren zur Herstellung eines 3,1 m langen, S-förmigen Triebwerkseinlasskanals für unbemannte Flugzeugsysteme. Eines der erklärten Ziele des Programms besteht darin, die Vorteile der Teilekosten und der Produktionszeit durch die Einführung der neuen Werkzeug- und Bearbeitungslösungen zu verstehen.

Foto:Air Force Research Laboratory

Der Einlasskanal – ein hohler, rohrförmiger Teil des Flugzeugs, der für einen reibungslosen Luftstrom in das Flugzeugtriebwerk sorgt – wurde zuvor hergestellt, indem ein Verbundprepreg von Hand auf einen mehrteiligen Stahldorn aufgebracht wurde. Dorn und Material würden dann in einem Autoklaven ausgehärtet.

Bei dem neuen Verfahren wird trockene Kohlefaser mithilfe des automatisierten Überflechtprozesses von A&P Technology auf einen Dorn aufgebracht, der aus Spintechs Smart Tooling Formgedächtnispolymer (SMP) hergestellt wird. Die resultierende Vorform wird durch vakuumunterstütztes Resin Transfer Moulding (RTM) mit kostengünstigem Epoxidharz infundiert.

Beim Smart Tooling-Verfahren (siehe Video unten oder Produktvorführung hier) werden nach dem Auftragen der trockenen Kohlefaser auf das starre Polymerwerkzeug Vakuumbeutel um die Außenseite und durch die hohle Mitte des Werkzeugs gelegt. Das Teil wird in einen Ofen gelegt, in dem erhitztes Harz unter Druck aufgetragen und dann ausgehärtet wird. Nach dem Aushärten wird das Smart Tooling Werkzeug auf seine elastische Temperatur gebracht, an diesem Punkt kann es leicht aus dem fertigen Verbundteil entnommen, umgeformt und dann abgekühlt werden, um das Material zur Wiederverwendung wieder zu verfestigen.

Aufgrund der geometrischen Komplexität des Einlasskanals wurden mehrere Iterationen zur Optimierung der Umflechtungsprozesseinstellungen erwartet, um die Faltenbildung des Verbundmaterials zu minimieren, was zu insgesamt vier Einlasskanälen führte, die mit den Kosten und der Produktionszeit des Altteils verglichen werden sollten. Das triaxiale QISO-Geflecht von A&P war die dominierende Architektur, die in der Vorform verwendet wurde.

Das übergeordnete Programmziel ist die Lieferung des endgültigen Einlasskanals an die US-Regierung zur Integration in das Flugzeugkonstruktions- und Fertigungsprogramm des Direktorats für Luft- und Raumfahrtsysteme, wobei weitere Tests der Struktur von der Abteilung für Luft- und Raumfahrtfahrzeuge durchgeführt werden.