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在飞行期间波音787翼;杰夫斯兰

用于A350和787机翼制造的复合材料制造技术的产量不足以满足下一代单通道飞机的需求。这样的项目,预计每月至少60艘船,将需要更快、更经济的流程。空中客车公司的“明日之翼”项目正致力于此。项目合作伙伴Spirit AeroSystems(欧洲)正专注于下翼皮肤的注入。来源|CW.

当空中客车公司(法国图卢兹)考虑未来飞机的材料和工艺组合时,它领导的最引人注目的努力之一是“明日之翼”(WOT)计划。《坦克世界》于2015年推出,总部位于英国菲尔顿的机翼技术中心,旨在探索最好的材料、制造和组装技术,以及空气动力学和机翼结构方面的新技术。组成的多功能团队,将选择和开发一系列创新准备大规模示威,都在追求降低设备和工具成本以及更快的生产吞吐量,特别是可能使用大容量,单通道商用飞机项目。

工业建筑师之翼和空中客车明日之翼工业的负责人科林·米切尔说:“明日之翼计划将继续步入正轨。由于空客参与了英国政府为抗击COVID-19而建造呼吸机的项目,该计划进行了一些小调整,但在全球相关合作伙伴/供应商关停期间,许多情况下都超过了预期的进展。

“空中客车是一个行业领导者和欧洲主要的航空航天制造商。我们对R&T和研发的承诺与以往一样强大,而且公司不仅为明天计划的机翼而维持的支持,而且还要解决所有其他优先发展计划帮助保护公司的未来和整个行业。“

Mitchell补充道:“‘明日之翼’项目正在内部和供应商/合作伙伴领域开发许多技术和架构选择。这将使空客在合适的时机做出明智的决定。”

空中客车已经在几个合作伙伴之间分配了明天的工作,每次都集中在为不同的结构开发不同的M&P组合。空中客车正在上翼皮肤,翼盒,翼盒肋,襟翼和折叠翼尖(FWT)的接头。精神空气系统(欧洲)在苏格兰的普雷斯特威克,正在研究下翼皮,固定前缘和条板。GKN航空航天(redditch,u.k.)正在后翼垫,后缘和翼盒肋(带空中客车)。也与空中客车兼上WOT,特别是原型制造,是国家复合材料中心(NCC,布里斯托尔)。开发的每个结构都处于各种成熟的阶段;本报告将专注于下翼肌肤。CW.将在后续问题中报告其他结构。

输注:偏离常态

复合机翼肌肤制造的基准工艺在空中客车A350和波音787,预浸料胶带的自动带铺设(ATL)是有吸引力的,因为它使得能够相对较快地将大量材料放置在大面积上方,特别是如果这一大块区域没有轮廓或轮廓适度。然而,ATL也需要热压罐固化,这消耗了宝贵的制造时间。就787和A350而言,大流行前的生产速度约为每月10架,这种高压釜处理方法很适合生产速度。然而,展望未来,下一代飞机——例如,空客用来取代A320的新单通道飞机——的生产速度可能为60-100个月。这种观点认为,一个依赖于高压釜的制造过程将需要大量的资本投资和工厂足迹来满足这个速度,因此使ATL在实际和经济上都不可行。

这是因为这个原因,正在评估自动灭菌器(OOA)流程,用于WOT结构,特别注意翼皮。飞机上的每个翼都有两个翼单皮,一个较低和一个鞋面,为平面提供最大的空气动力学表面。每个皮肤的内表面包括一系列平行的纵梁,该桁条运行根到尖端并提供结构支撑。桁条理想地用皮肤共处理,但也可以机械固定。皮肤和桁条环绕并连接到翼肋和前后翼梁,也连接在肋骨上并运行机翼的长度。翼梁是机翼的主要结构构件,当平面在地面时,承受飞行负荷并支撑机翼。

尽管A350和787的首个复合机翼外壳是通过ATL制造的,但OOA工艺的使用并不新鲜。单通道伊尔库特(莫斯科,俄罗斯)MC-21飞机的机翼外壳是通过液体树脂注射制造的。更多信息请参见CW.的,”infded wings ove在空气复合物的亮点未来,“2018年8月发布。另一种设有灌注翼皮的飞机是空中客车A220。它的翅膀由北爱尔兰北爱尔兰贝尔法斯特庞巴迪航空公司(蒙特利尔·魁北克)制造,使用输液与高压灭菌合并。Spirit Falosystems于2019年底宣布,它打算收购贝尔法斯特植物,但该交易尚未完成。

液体树脂输注在翼状皮肤制造时具有很大的措施。初级益处是ooa治愈,能够共同固化皮肤和桁条,靠近净形状的制造和高速速率经济制造的潜力(每月60-100件船装)。液体树脂输注也有几件事 - 至少原则上。最繁重的挑战是潜在的延长工具时间。

空中客车翼明天17米下翼皮肤工具在精神空气系统(欧洲)

在苏格兰普雷斯特威克(Prestwick)的Spirit航空系统公司(欧洲)交付后,用于下翼蒙皮的全尺寸17米工具。该工具使用专门的模具温度控制技术,具有半柔性膜和加热的工具盖。Spirit航空系统公司(欧洲)

不断发展的材料,工具和工艺技术

如上所述,灌注的下翼皮肤的发展是由普雷斯特威廉州的精神空气系统进行的。Chris Hughes,Prestwick设施的先进产品开发负责人和Preestwick研究和技术负责人的努力受到克里斯休斯和史蒂夫·布朗。自2018年初以来,Spirit对浸泡翼皮肤的工作主要集中在7米亚电平面的制造和测试。到2020年7月中旬,精神在制造17米的全规模演示者中迁移到下一阶段的过程中。

这架17米长的样机代表了一架理论上的新型单通道商用飞机——A320的替代品——的下翼蒙皮的大致形状和大小。皮肤的最大弦长为3.3米,顶端宽1.1米。皮肤层压板的厚度接近顶部为5毫米,在皮肤与主起落架配件的接口处为30毫米。

翼状皮肤将通过精神健美系统(虹膜)开发的精神健美系统(虹膜)制造,包括专业的工具,自动化材料沉积,集成纵梁成形和密切控制的工艺温度组成。该系统的核心是嵌入式工具加热技术,靠近模具表面,使用靠近模具表面的低压电阻加热,以提供快速且精确的温度控制。通过控制和更高功率输入来实现加热水平。碳纤维工具包括IML加热盖以及半柔性可重复使用的真空袋。

“有多个加热领域被单独监控和控制。这使得每个区域能够在整个输液和固化周期的目标温度下运行,“棕色说。“这很重要,因为部分的每个区域都需要基于大小和体积的不同热输入。它是一种先进的加热系统,它是工具的一体,以允许与部件密切接触以减少所需的功率和循环时间。“

机翼皮肤的干燥增强器由帝人碳欧洲有限公司(Wuppertal,德国),来自该供应商的中间模量线,24K丝碳纤维。Hughes表示,光纤格式包括单向(UD)织物以及双轴和三轴非织物(NCF)。还包括玻璃纤维贴片,用于钻孔突破,并防止电抗腐蚀。

空中客车翼明天17米下翼式皮肤工具,盖在精神健美系统(欧洲)

下翼皮肤工具,加热盖子。该工具使用靠近模具表面的集成加热,以提供快速且精确的温度控制。Spirit航空系统公司(欧洲)

“精神与帝宾合作,选择了一些NCF格式,以平衡结构性能,制造成本,”Hughes说。“封面的百分比将由UD产生,这可以提高结构性能并最大化买入飞行[比率]。使用这两种材料类型将展示使用虹膜过程注入不同材料的能力。

相同的Teijin NCF钢筋可以在纵桁中发现,这将通过自动化专家开发的定制连续纵桁成形机制造Broetje-Automation GmbH是一家(德国rastede)。纵梁成型机将能够生产具有不同厚度,曲率和叶片角度的桁条。

选择用于机翼皮肤的树脂系统是一种单组分环氧系统溶剂复合材料'(Alpharetta,Ga。,U.)。树脂,棕色笔记,将通过“多个”注射点输送到干燥的增强点,精心挑选,以最大化注射速度和湿湿。注射设备正在提供综合集成有限公司(盐谷,U.K.)。如上所述,该结构将用半柔性可重复使用的袋子真空袋,通过巨大的加热盖进行覆盖。

是时候制作了时间

截至2020年7月中旬,17米的工具是在Prestwick被休斯,布朗及其精神队友进行评估。精神最终将在2021年初将17米的工具转移到WOT合作伙伴NCC,以便在2021年初制造全规模的示威者.NCC将在精神的监督下进行新的PLY沉积机,并进行非破坏性检查(NDI)。所有其他操作:调平,工具准备,纵梁和袋放置,管道,工具和注入设备的袋子放置,在NCC中均以精神隔离完成。

NCC的帘布层将与超高速率沉积电池(UHRDC)进行,是一种基于龙门的机器人系统,其使用自动化技术提供吉尔(Langenthal,瑞士)。该UHRDC将部署两种材料处理系统,用于将NCF织物装入皮肤工具。NCC呼叫纤维形式的第一个系统由浓密的吸盘组成,该阵列将挑选和放置NCF层。第二个称为纤维林,长层滚到滚筒上,然后将它们展开到工具上。下面的视频说明了这些概念。

NCC的首席执行官Richard Oldfield说:“在NCC的NCC我们正在一起汇集并举办许多构成明天计划的空中客车的机构。我们在开发和展示整个计划的先进制造技术方面发挥了重要作用,因此能够向所有涉及的所有合作伙伴提供战略性的创新建议。“

Oldfield continues, “We’re really excited to be working with Spirit on this part of the program and believe that technologies, such as the NCC’s Ultra High Rate Deposition cell, provide the best chance of meeting the rate, cost and quality requirements of the next generation of civil aviation aircraft wings, maintaining competitiveness in the U.K.”

面临精神气雾系统和NCC的大问题是吞吐量之一。为了与高压灭菌的基于ATL的基础工艺进行竞争,输注不仅可以更高效,而是从过程中出现的翼状皮肤将不得不在净形状附近并且需要最小的整理。为了提高生产力,休斯说,“我们[精神]正在与布里斯托尔的国家复合材料中心合作,他们正在调试大规模的碳沉积机。该机器将能够将NCF宽度宽至5米。它具有一个自动化的层修剪器作为细胞的一部分,具有干纤维放置头。“

在实际加工方面,采用了专业的模具温度控制技术,结合了单组分树脂体系,流动介质(从Airtech International.,亨廷顿海滩,加利福尼亚州,美国,美国,预计将加速树脂卷取和输注进入干纤维。此外,树脂将首先注入皮肤,纵梁持续。将需要多长时间才能看到待观察,但布朗指出,7米的翼状皮肤在大约4小时内注入;他预计17米的皮肤将在相同的时间内注入。

关于整理,休斯说,对于示威者来说,精神将产生净边缘桁条和翼状皮肤后缘的一部分。“这是一个关键的发展领域,”他说,“我们将与OEM合作,以生产速度和成本平衡尺寸和层压质量要求。”

如上所述,潜在限制的输注系数是较长的材料的刀具时间,这可能成为瓶颈。布朗承认这是一个关注,然而,通过使用离散事件仿真和精神的专有贸易工具,该公司已经能够在过程中模拟敏感性,以实现自动化和过程控制技术的有针对性的开发来优化过程。

“我们估计了刀具时间与今天的预浸料AFP方法相当,”布朗说。“NCF的织物划削织物是更快的毛毯,AFP窄带窄胶带 - 并且设定更耗时的输注,并且必须添加输液时间本身。但关键优势是NCF的沉积时间。在平衡上,随着我们改善沉积技术和输液过程,刀具时间应该是可比的或减少的。“

在任何情况下,休斯和棕色争论,Spirit Falosystems估计显着的成本节约与传统的预浸料翼盖在高压灭菌器中固化。“使用虹膜工艺,在60级和上述生产翼盖所需的生产设施使用加热的工具,NCF'毯子的自动沉积和连续纵梁成型机的自动沉积,”Hughes争辩。“率60要求每3小时生产翼盖。如果利用当前技术,则ATL机器和高压灭菌器的数量将推动非常显着的前期成本和运行成本。“

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