AFRL prueba trenzado, tooling SMP y VARTM para reducir costes en conductos de entrada de motor futuros

Parte de la estrategia de Ciencia y Tecnología 2030 de la Fuerza Aérea de EE. UU. incluye el despliegue masivo de Sistemas Aéreos No Tripulados de bajo coste para asistir en futuros enfrentamientos. Para realizar esta visión, se deben identificar nuevas estrategias de fabricación que puedan soportar la fabricación rápida de componentes aeroespaciales de alta calidad a costes menores que los disponibles actualmente usando procesos heredados.

La División de Tecnologías de Fabricación e Industriales del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL, Dayton, Ohio, EE. UU.) y el equipo de contratistas basado en Ohio, EE. UU. de Cornerstone Research Group (Dayton), A&P Technology (Cincinnati) y Spintech LLC (Xenia), realizaron investigación para cuantificar los beneficios de reemplazar el preimpregnado manual heredado con preforma trenzada de fibra seca y moldeo por transferencia de resina asistido 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 de motor de aeronave proporcionan un suministro constante de aire para prevenir que el compresor del motor se pare. La entrada debe crear la menor resistencia posible. El más pequeño hueco en el suministro de flujo de aire puede causar problemas mayores del motor así como pérdidas significativas de eficiencia. Si el conducto de entrada debe proporcionar aire suficiente con turbulencia mínima, debe ser limpio e impecable.

El enfoque novedoso de fabricación para el conducto de entrada en S reemplaza el preimpregnado manual en mandril de acero multipieza seguido de curado en autoclave con un proceso de sobretrenzado automatizado que en su lugar aplica fibra seca. El mandril de acero multipieza muy pesado se reemplaza con un mandril de polímero de memoria de forma (SMP) ligero de una sola pieza. La fibra de carbono trenzada en seco se procesa luego en una estructura compuesta usando VARTM con una resina epoxi de bajo coste y curado en horno.

El equipo completó análisis de la arquitectura de sobretrenzado, así como fabricación de una herramienta de conformado SMP y el mandril SMP que sirve como herramienta durante el proceso de sobretrenzado de preforma. Debido a la geometría compleja del conducto de entrada en S, se necesitaron múltiples iteraciones para optimizar los ajustes de la máquina de sobretrenzado y minimizar el arrugamiento del material compuesto. Se fabricarán un total de cuatro conductos de entrada y se compararán el coste y tiempo de producción de la pieza heredada con el nuevo diseño.

«Creemos que la introducción de un mandril de polímero de memoria de forma reutilizable junto con el proceso de sobretrenzado automatizado y un curado compuesto VARTM basado en horno conducirá a reducciones significativas de coste y tiempo de ciclo», dice Craig Neslen, líder de fabricación para la Iniciativa de Tecnología de Aeronaves Attritable de Bajo Coste en la División de Tecnologías de Fabricación e Industriales en AFRL. «Cuantificar los beneficios de fabricación y validar la integridad estructural será crítico para establecer un caso de negocio positivo y convencer a diseñadores y fabricantes de que los nuevos materiales y procesos deben incorporarse en futuros diseños de conductos de entrada de motor de bajo coste».

El conducto de entrada final será entregado a la Fuerza Aérea de EE. UU. para mayor integración en el programa complementario de diseño y fabricación de fuselaje dentro de la Dirección de Sistemas Aeroespaciales de AFRL. La División de Vehículos Aeroespaciales realizará pruebas estáticas en tierra de la estructura integrada de fuselaje trenzado y conducto de entrada.

«Aunque aún no hemos definido todas las implicaciones de la tolerancia a la attrition en criterios de diseño y los resultantes materiales y procesos de fabricación utilizados, tenemos una línea base con requisitos umbral para resistencia y rigidez que evaluaremos vía pruebas en tierra de fuselaje a escala completa», dijo Ray Fisher, ingeniero aeroespacial en la División de Vehículos Aeroespaciales.

AFRL es el centro principal de investigación y desarrollo científico para la Fuerza Aérea de EE. UU. Juega un papel integral en liderar el descubrimiento, desarrollo e integración de tecnologías de guerra asequibles para nuestras fuerzas aéreas, espaciales y cibernéticas. Con una fuerza laboral de más de 11.000 en nueve áreas tecnológicas y 40 otras operaciones en todo el mundo, AFRL proporciona una cartera diversa de ciencia y tecnología que va desde investigación fundamental hasta desarrollo avanzado de investigación y tecnología. Para más información, visite: www.afresearchlab.com.