Los laboratorios de la Fuerza Aérea innovan la producción de conductos de entrada de motor con preformas trenzadas y utillaje de cambio de fase

Crédito de la foto: Air Force Research Laboratory

En marzo de 2020, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL; Dayton, Ohio, EE. UU.) anunció que su División de Tecnologías de Fabricación e Industriales se había asociado con Cornerstone Research Group (Dayton), A&P Technology (Cincinnati, Ohio, EE. UU.) y Spintech LLC (Xenia, Ohio, EE. UU.) en una investigación para cuantificar los beneficios de reemplazar procesos de fabricación heredados con procesos novedosos para la fabricación de un conducto de entrada de motor en forma de S de 3,35 metros de largo para sistemas de aeronaves no tripuladas. Uno de los objetivos declarados del programa es comprender los beneficios de coste y tiempo de producción de la introducción de nuevas soluciones de utillaje y procesamiento.

Crédito de la foto: Air Force Research Laboratory

El conducto de entrada —una parte tubular hueca de la aeronave que asegura un flujo de aire suave hacia el motor de la aeronave— se fabricaba anteriormente aplicando a mano un preimpregnado compuesto a un mandril de acero multipieza. El mandril y el material se curaban luego en autoclave.

En el nuevo proceso, la fibra de carbono seca se aplica, usando el proceso de trenzado automático overbraid de A&P Technology, a un mandril hecho del utillaje de polímero de memoria de forma (SMP) Smart Tooling de Spintech. La preforma resultante se infunde con epoxi de bajo coste mediante moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (RTM).

En el proceso Smart Tooling (ver video abajo, o una demostración del producto aquí), una vez que la fibra de carbono seca se aplica a la herramienta de polímero rígido, se colocan bolsas de vacío alrededor del exterior y a través del centro hueco de la herramienta. La pieza se coloca en un horno donde se aplica resina calentada bajo presión, y luego se cura. Post-curado, la herramienta Smart Tooling se lleva a su temperatura elástica, en la que puede extraerse fácilmente de la pieza compuesta terminada, reformarse y luego enfriarse para solidificar el material de nuevo para su reutilización.

Debido a la complejidad geométrica del conducto de entrada, se esperaban múltiples iteraciones para la optimización de los ajustes del proceso de overbraiding para minimizar el arrugamiento del material compuesto, resultando en cuatro conductos de entrada totales para comparar contra el coste y tiempo de producción de la pieza heredada. El trenzado triaxial QISO de A&P fue la arquitectura dominante empleada en la preforma.

El objetivo general del programa es la entrega del conducto de entrada final al gobierno de EE. UU. para su integración en el programa de diseño y fabricación de fuselajes de la Dirección de Sistemas Aeroespaciales, con pruebas adicionales de la estructura realizadas por la División de Vehículos Aeroespaciales.