DigiPropは、ダウティプロペラとその顧客を持続可能な次世代プラットフォームに位置付けています

複合プロペラシステムの世界的リーダーであり、GE Aviation（米国オハイオ州シンシナティ）の一部であるDowty Propellers（英国グロスター）は、最大のプロペラ研究開発プログラムであるDigiPropが無事に完了したことを発表しました。ダウティは、プロペラシステムの設計、製造、テストのあらゆる側面を革新することを目指して、4年間の2,000万ポンドの「デジタル推進」プログラムを主導しました。

動作環境をより適切に表現するための進化するテスト方法は、DigiPropプログラムの焦点となっています。写真提供者：Dowty Propellers

DigiPropは、英国の3つの高価値製造カタパルトセンター（シェフィールド大学の先端製造研究センター（AMRC、シェフィールド）、製造技術センター（MTC、コベントリー）、およびNational Composites）と協力して、英国政府から資金提供を受けました。センター（NCC、ブリストル）。達成された進歩には、複雑な形状構造の3軸編組のスケールアップ、鋳造または機械加工の代替としての自動フォーム熱成形プロセスの開発、および炭素繊維プリフォームのロボット超音波トリミングの使用の成功が含まれます。その他の開発には以下が含まれます：

• 三軸編組は工業規模で開発されました 、高度な複合材料の指向性特性を活用してパフォーマンスと強度を提供すると同時に、軽量特性の利点を最大化してブレード全体の軽量化を可能にします。
• 熱可塑性複合材料 カーボンニュートラルへの取り組みをサポートするリサイクル、廃棄物削減、工具の再利用を可能にするために開発されました。
• デジタルツインの紹介 Dowty Propellersの新工場の開発中に、工場の設置面積を最適化するだけでなく、製造時間とエネルギー消費を削減し、初回の歩留まり性能を向上させ、顧客の市場投入までの時間を短縮するためのプロセスのボトルネックを特定しました。
• 複雑なデータモデルを通じて、空力および音響 パフォーマンスの向上 Dowty Propellersの顧客が利用できるようになり、デジタルスレッドの作成により、ビッグデータの使用の基礎が築かれました。

フォームの熱成形、編組、超音波トリミングに関するAMRC

「DigiPropプログラムを通じて、AMRCコンポジットセンターはコンポジット製造で可能なことの限界を押し上げることができました」とAMRCのコンポジットシミュレーションのテクニカルリードであるマットスミス博士は言います。 「フォーム熱成形では、このレベルの複雑さは、AMRC内でこれまで行ったことのないものです。 Dowty Propellersはその結果に非常に興味を持って感銘を受け、DigiPropの終わりを超えてこの作業を続けたいと考えていました。」

超音波ナイフアタッチメントを備えたAMRCのKSLロボットセル。 KukaSimを使用して、最適な切削経路を実現するための工具の理想的な位置を決定しました。写真提供者：Dowty Propellers、AMRC

「また、3軸編組機能の開発にも成功しました」と、スミス氏は言います。「製造のスケールアップという課題を克服しました。マンチェスター大学で単純な管状構造の小規模な試験を開始し、ダウティプロペラによって指定された複雑な形状に適合することができるブレードを備えた実際の翼型の形状に進みました。」

AMRCコンポジットセンターチームは、成形前に材料のスタックをステッチすることの実現可能性も証明しました。これに続いて、ロボットアームに取り付けられた超音波ナイフを使用してサイズにトリミングします。 「超音波トリミングは本当に成功しました」とスミスは言います。 「このテクノロジーの利点は、材料スタックが効率的な方法で安定化され、超音波切断プロセスが多軸切断要件に対応できることです。」

「私たちが開発したパラメトリックプロペラシステムモデルでは、人間の心が計算できるよりもはるかに多くの変数を使用できるため、数週間で数千年分の手動計算を実現できます」と、エンジニアリングリーダーのジョナサンチェストニーは説明します。ダウティプロペラ。 「これにより、お客様はこれまでになく迅速な設計応答と高レベルの設計最適化を実現できます。」

AMRCは現在、フォーム熱成形および超音波トリミングの将来のプロジェクトを探しています。

混合カーボン/ TPとブラダー成形に関するNCC

DigiPropの一環として、NCCチームはブレード製造ワークフローをレビューし、ブレード要件と一連の幾何学的制約を入力して新しいブレード構造の設計に可能な限りの柔軟性を持たせるためのさまざまなテクノロジーとプロセスを調査しました。

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次にNCCは、ターボプロップ航空機のプロペラブレードの実物大のプロトタイプと、熱可塑性プラスチックと炭素繊維の混合強化材のブラダー成形と3軸編組を組み合わせた新しい製造プロセスを設計および製造しました。ブラダーシステムでは、シリコンでコーティングされたワックス型がオーバーブレイディングのマンドレルとして使用されます。

ブレードは耐久性が必要であるため、さまざまな材料組成をテストする必要がありました 表面の欠陥がない。乾燥繊維プリフォームは、その形状を維持し、マンドレルの周りに重ねられたときにたるんだり、歪んだり、動いたりしないようにする必要もありました。これは、ブレードの設計意図とパフォーマンス要件を満たすために、ファイバーの正しい配置と位置合わせを確実にするためです。

熱可塑性ブレードの製造プロセスでは、金型から簡単に取り外すことができるが、予備成形後に膨張可能なシリコンブラダーが残る、編組用の剛性マンドレルの開発が必要でした。後者は、硬化中の圧密のために内圧を加えることを可能にします。シリコーンでコーティングされたワックス型が解決策を提供しましたが、ブラダーの破損と複合ブレードの不完全な圧密を防ぐために、シリコーンの厚さを最適化する必要がありました。

熱可塑性樹脂を使用することにより、NCCは硬化サイクルを通常の熱硬化性エポキシ樹脂の4時間と比較して約5分に短縮しました。 1回の反復で、NCCはブレード構造からフォームコアを取り外し、重量の減少と疲労寿命と耐衝撃性の両方の向上を観察しました。合計6つのプロトタイプのプロペラブレードが開発され、毎回設計および製造技術を構築および強化しました。

NCCは、DigiPropプログラムに取り組むことは、他の中空3D構造の幅広いアプリケーションでブレード設計のデジタル製造技術を開発するユニークな機会であると報告しました。例としては、小型の電気自動車用の経済的にリサイクル可能な複合部品があります。この作業により、NCCがブリストルを拠点とするマウンテンバイクメーカーのStarlingCyclesおよび熱可塑性複合材の編組技術のリーダーであるCompositeBraidingと提携した、Novel CompositeE-Bikeというプロジェクトが生まれました。

現在導入されている将来のテクノロジー

「これは、ダウティでこれまでに実施した最大の研究プロジェクトであり、これ以上のタイミングで行うことはできませんでした」と、ダウティプロペラの社長であるヘンリージョンストンは述べています。 「現在、新しいテクノロジーの高度なスイートがあり、Covid後に発生している持続可能なプラットフォームの加速に適した位置にあります。」

「このプロジェクトは、設計と生産性を通じて推進性能とコストに革新をもたらし、プロペラの研究開発を変革するのに役立ちました」と、航空宇宙技術研究所の先端システムおよび推進技術の責任者であるマークスカリーは述べています。 「HighValueManufacturing Catapultパートナーの支援により、製造革新はグロスターの新しい最先端のダウティ施設に展開されました。」

コンソーシアムによる製造能力の段階的変化は、複合技術と産業デジタル化を活用して生産コストを削減し、ヨーロッパの2,000億ユーロの航空部門における将来の推進システムの性能を向上させることにより、英国の航空宇宙プロペラ製造拠点を成長させる新しい機会を開きます。

Dowty Propellersは現在、DigiPropで実現されたテクノロジーを使用して、進化する航空機アプリケーションと次世代プラットフォームをターゲットにしています。潜在的な顧客は、パフォーマンス分析の所要時間を短縮して貿易調査をサポートする同社の能力から恩恵を受けています。

Dowtyは、民間航空宇宙の設計と製造における国の競争力を維持および成長させるための英国政府と業界の共同投資であるATIプログラムからの支援と資金提供がなければ、DigiPropは不可能であったことを明らかにしています。 Aerospace Technology Institute（ATI）、Department for Business、Energy＆Industrial Strategy（BEIS）、およびInnovate UKの間のパートナーシップを通じて提供される、ATIプログラムは、テクノロジー、機能、およびサプライチェーンの課題に対処します。