AFRL evalúa el trenzado, las herramientas SMP y VARTM para futuros conductos de entrada del motor de menor costo

Parte de la estrategia de ciencia y tecnología de la Fuerza Aérea de EE. UU. 2030 incluye el despliegue masivo de sistemas aéreos no tripulados de bajo costo para ayudar en futuros compromisos. Para hacer realidad esta visión, se deben identificar nuevas estrategias de fabricación que puedan respaldar la fabricación rápida de componentes aeroespaciales de alta calidad a costos más bajos que los que están disponibles actualmente mediante procesos heredados.

La División de Tecnologías Industriales y de Fabricación del Air Force Research Laboratory (AFRL, Dayton, Ohio, EE. UU.) Y el equipo de contratistas de Cornerstone Research Group (Dayton), A&P Technology (Cincinnati) y Spintech LLC (Xenia), con sede en Ohio, realizaron una investigación para cuantificar los beneficios de reemplazar el laminado manual preimpregnado heredado con preforma trenzada de fibra seca y moldeo por transferencia de resina asistida por vacío (VARTM) para la fabricación de un conducto de entrada de motor compuesto en forma de S de 11 pies de largo.

Los conductos de entrada del motor de la aeronave proporcionan un suministro constante de aire para evitar que el compresor del motor se ahogue. La entrada debe crear la menor resistencia posible. El espacio más pequeño en el suministro de flujo de aire puede causar problemas importantes en el motor, así como pérdidas significativas de eficiencia. Si el conducto de entrada debe proporcionar suficiente aire con una turbulencia mínima, debe estar limpio e impecable.

El nuevo enfoque de fabricación para el conducto de entrada en forma de S reemplaza el preimpregnado de laminado manual en un mandril de acero de múltiples piezas seguido de curado en autoclave con un proceso de trenzado automático que en su lugar aplica fibra seca. El mandril de acero de múltiples piezas muy pesado se reemplaza por un mandril de polímero con memoria de forma (SMP) de una sola pieza y peso ligero. La fibra de carbono trenzada seca se procesa en una estructura compuesta utilizando VARTM con una resina epoxi de bajo costo y se cura en horno.

El equipo completó el análisis de la arquitectura de trenzado superior, así como la fabricación de una herramienta de conformado SMP y el mandril SMP que sirve como herramienta durante el proceso de trenzado superior de preforma. Debido a la compleja geometría del conducto de entrada en forma de S, fueron necesarias múltiples iteraciones para optimizar la configuración de la máquina sobretrenzada y minimizar las arrugas del material compuesto. Se fabricará un total de cuatro conductos de entrada y el costo de las piezas heredadas y el tiempo de producción se compararán con el nuevo diseño.

"Creemos que la introducción de un mandril de polímero con memoria de forma reutilizable junto con el proceso de trenzado superior automatizado y un curado compuesto VARTM en horno conducirá a reducciones significativas de costos y tiempos de ciclo", dice Craig Neslen, líder de fabricación de Aeronaves Attritable de Bajo Costo. Iniciativa Tecnológica en la División de Tecnologías Industriales y de Fabricación de AFRL. "Cuantificar los beneficios de fabricación y validar la integridad estructural será fundamental para establecer un caso comercial positivo y convencer a los diseñadores y fabricantes de que los nuevos materiales y procesos deben incorporarse en los diseños futuros de conductos de entrada de motores de bajo costo".

El conducto de entrada final se entregará a la Fuerza Aérea de los EE. UU. Para una mayor integración en el programa complementario de diseño y fabricación de la estructura del avión dentro de la Dirección de Sistemas Aeroespaciales de AFRL. La División de Vehículos Aeroespaciales realizará pruebas estáticas en tierra del fuselaje trenzado integrado y la estructura del conducto de entrada.

“Si bien todavía tenemos que definir todas las implicaciones de la tolerancia al desgaste en los criterios de diseño y los materiales y procesos de fabricación resultantes utilizados, tenemos una línea de base con requisitos de umbral de resistencia y rigidez que evaluaremos a través de pruebas terrestres de fuselajes a gran escala, ”Dijo Ray Fisher, ingeniero aeroespacial de la División de Vehículos Aeroespaciales.

AFRL es el principal centro de investigación y desarrollo científico de la Fuerza Aérea de EE. UU. Desempeña un papel integral en el liderazgo del descubrimiento, desarrollo e integración de tecnologías de guerra asequibles para nuestras fuerzas aéreas, espaciales y ciberespaciales. Con una fuerza laboral de más de 11,000 en nueve áreas de tecnología y otras 40 operaciones en todo el mundo, AFRL ofrece una cartera diversa de ciencia y tecnología que va desde la investigación fundamental hasta la avanzada y el desarrollo tecnológico. Para obtener más información, visite:www.afresearchlab.com.