最初の複合商用ジェット機の最初の複合胴体セクション

2003年にボーイング社（シカゴ、イリノイ州、米国）が787商用ジェットライナーとなるものの開発計画を発表したとき、飛行機が胴体、翼、過去数十年にわたって標準であったアルミニウムではなく、炭素繊維複合材から製造されたテールおよびその他の主要な構造。ただし、ほぼ同じくらい注目に値するのは、これらの主要な構造の製造を、完全なサブアセンブリを構築するグローバルサプライヤのネットワークに統合するというボーイングの決定でした。各サブアセンブリは、最終的には米国ワシントン州エベレットにあるボーイングの最終組立ラインで結合されます。現在よく知られているこれらのサプライヤーのリストには、三菱重工業と川崎重工業（東京、日本）、Alenia Aeronautica（ナポリ、イタリア）、そして特に米国ではスピリットエアロシステムズが含まれます。

スピリットは、コックピット、コックピットのフロントガラス、2つのドア、9つの助手席の窓、すべてのアビオニクス、コックピットの座席と配線を含む、セクション41と呼ばれる787の前方胴体全体を製造するために選ばれました。直径6.2m、長さ12.8mのセクション41は、間違いなく、飛行機の胴体セクションの中で最も複雑です。

787の建造物を供給するためにスピリットが選ばれるのは当然のことでした。同社の歴史は1927年にさかのぼります。このとき、航空の伝説であるロイドステアマンは、ステアマンエアビエーション社をカリフォルニアからウィチタに移転しました。ちょうど2年後、ボーイング（当時はユナイテッドエアクラフトアンドトランスポートコーポレーションとして知られていました）がステアマンを買収しました。ボーイングウィチタ工場は、B-29 スーパーフォートレスを含む、アメリカの歴史の中で最も象徴的な軍用機のいくつかを製造し続けました。 、B-47 Stratojet とB-52 ストラトフォートレス 。

2005年、ボーイングが787の製造開発を本格的に開始するまでに、ウィチタキャンパスはボーイングによって売却され、SpiritAeroSystemsに改名されました。 SpiritのR＆DおよびManTechのシニアディレクターであるEric Heinは、同社は現在、米国（カンザス、オクラホマ、ノースカロライナ）だけでなく、スコットランド、フランス、マレーシアにも拠点を置いており、世界最大の商用航空機製造の拠点であると主張しています。容量。 787に加えて、スピリットはボーイングの737、747、767、および777の主要な構造（主に金属製）を構築します。エアバスA320、A350（複合材を多用する）およびA380。ボンバルディア CSeries ;三菱 MRJ ;シコルスキー CH-53K （ヘリコプター）;とベル V-280 （ティルトローター）。スピリットは、2017年に70億米ドルの収益を上げ、460億米ドルの受注残を享受しているとハインは言います。

会社の成長を通じて、スピリットのウィチタの場所は会社の事業の中心であり続けています。 600エーカーに150の建物があり、10,700人の従業員で埋め尽くされているこの都市は、キャンパス全体に人や物を運ぶトラック、車、シャトルでにぎわう製造都市です。

787前方胴体の製造は、キャンパスの端に近い1つの非常に大きな建物に限定されています。ここでは、すべての複合材料の製造、内部構造の設置、およびシステム統合が、完成品が最終組み立てのためにエベレットに出荷される前に実行されます。

モノリシック胴体

CW の787生産エリアのツアーは、スピリットの787オペレーション担当シニアマネージャーであるホセサンチェスが主導しています。 Spirit AeroSystemsは、787胴体の一部をモノリシック構造として構築し、自動化されたファイバー/テープ配置プロセスと同時硬化ストリンガーを組み合わせてワンピースバレルを形成します。 （特に、エアバスは後に、一体構造ではなく炭素繊維複合パネルで構成される胴体を備えた同等のA350 XWBを設計しました。スピリットは、米国ノースカロライナ州キンストンでA350の胴体パネルを製造し、フランスで組み立てます。）

広く報告されているように、787の一次構造の製造に使用される複合材料は、東レ（東京、日本）からのものであり、中弾性T800S繊維を使用した東レ3900シリーズ炭素繊維強化強化プリプレグです。プリプレグは、UDテープ、スリットテープ（自動ファイバー/テープ配置用）、および織物として提供されます。

787胴体の設計では、2つの基本的な複合材料の製造操作が規定されています。ストリンガーの切断と成形、および胴体のスキンファイバーの配置です。秘訣は、ストリンガーと繊維を配置したスキンを組み合わせて、共硬化構造を可能にすることです。このため、スピリット、ひいてはボーイングは、ツアーの最初の停車地であるストリンガーの製造で実行されるプロセスを非常に重要視しています。

この高度に自動化されたラインは、アメリカのGFM（チェサピーク、バージニア州、米国）のカッティングテーブルを備えており、Torayca3900シリーズのプリプレグをプライに切断します。これらはキッティングテーブルに移され、そこでプライが手動で積み重ねられ、オーバーヘッドLAPレーザー（米国ケンタッキー州アーランガー）によってガイドされ、成形の準備が整います。サンチェス氏によると、このストリンガー製造ラインは、セクション41の製造のために開発されたSpiritの知的財産の多くを具体化しており、施設の運営の重要な部分です。

事前に形成されたストリンガーは、ストリンガーラインから外れると、次にオペレーターによって隣接するセクション41マンドレルに移されます。このマンドレルは、今後すべての複合材料製造作業の焦点となります。マンドレルは、前部胴体セクションの形状と寸法を担っているサンチェス氏によると、炭素繊維/ビスマレイミド（BMI）複合材料から製造され、6つのセグメントで構成されています。各セグメントは、マンドレルの長さに沿って横方向に分割されます。各マンドレルセクションの表面に機械加工され、ツールの長さも実行されます。スロットには、ストリンガーの平らな底が外側を向くように、事前に形成されたストリンガーが配置されます。

すべてのストリンガーをスロットに配置した後、オペレーターはマンドレル全体をToray Composites（America）Inc.（Tacoma、WA、US）製の織り交ぜられたワイヤーファブリック（IWWF）で覆い、787全体に雷撃保護を提供します。機体。次に、この構造全体がプラスチック製の袋詰めフィルムで覆われます。このフィルムは、マンドレルが無人搬送車で次のステーション（無人搬送車（AFP））に運ばれ、AFPのために取り外されるときに、IWWFとストリンガーを所定の位置に保持します。

おそらく、胴体の外板を製造するために使用されるAFPシステムほど、787での複合材料の使用を象徴するプロセスはありません。 AFPは、787プログラムが始まったときでさえ、長年使用されていたため、複合材料製造にとって目新しいものではありませんでした。 787で新しくなったのは、アプリケーションの規模でした。 AFPで作られた複合構造物の中には、787胴体セクションの1つでもサイズに近いものはほとんどありません。

スピリットがウィチタで787の生産を確立したとき、AFPはIngersoll Machine Tools Inc.（ロックフォード、イリノイ、米国）によって供給された32クリールの機械で行われました。しかし、2000年代初頭、ボーイングは自動化のスペシャリストであるElectroimpact（Mukilteo、WA、US）と協力して、モジュール式の交換可能なヘッドを備えた新しいAFPマシンの開発に取り組み始めました。各ヘッドは、特定のタイプの操作のためにすべてのカーボンファイバースプールを保管し、必要なテープ幅に応じて、比較的簡単に交換できます。

スピリットにはまだ元のインガーソルマシンがありますが、バックアップの役割で使用されます。これは、Spiritが最終的にセクション41のスキン製造の大部分を行うために2台のElectroimpactマシンを買収したためです。 Sanchez氏によると、Electroimpact AFPマシンは、それぞれ16スプールヘッド（幅0.25および0.50インチ/幅6.35および12.7 mmのトウ）を備えており、マンドレルに材料を塗布するために連携します。マンドレルは水平に取り付けられ、スピンドルで回転しますが、ヘッドは両側に沿って移動し、トウを配置します。ほとんどの場合、比較的短く、厳しく禁止されたコースに配置されます。訪問者は、植物の明るい光の中で、すでにマンドレルに配置されているトウの多様でマルチアングルのコレクションを簡単に見ることができます。

Sanchezは、「非常に高速」であると言うことを除いて、2台のElectroimpactマシンが1つの胴体スキンにすべてのファイバーを完全に配置するのにかかる時間を明らかにしませんでした。すべてのAFP操作は、マシンの3人のオペレーターによって管理されます。 1つはマンドレルを見下ろすコントロールブースで作業し、他の2つはマンドレルの下と隣の床を歩き、懐中電灯を手に、問題のあるギャップ、ラップ、凹凸、しわ、異物の破片（FOD）を探します。 prepreggedトウ。構造が硬化する前に、欠陥に対処/修正する必要があります。

セクション41の次の停車地は、別の全体的な袋詰めに続いて、オートクレーブです。スピリットウィチタは、2つの巨大なThermal Equipment Corp.（TEC、Rancho Dominguez、CA、US）オートクレーブを運営しています。胴体セクションは一晩硬化され、その後、構造の袋が外され、6部構成のマンドレルが分解され、胴体の広い端からセクションごとに取り外されます。

後処理仕上げ

セクション41に続くのは、構造全体が完成に向かって進むにつれて、駅から駅へと数日間移動することです。これには、MTorres（Torres de Elorz、スペイン）のTorresmill 5軸ガントリールーティングおよび掘削機への訪問が含まれます。この機械は、胴体フレームやその他の内部構造、ドア開口部、窓、前脚開口部に穴を開けます。胴体はまた、パルスエコー非破壊検査（NDI）、塗装準備、塗装、窓ガラスの設置、ドアの設置、およびすべての内部構造/システムの設置を通過します。設置された最初の内部構造は、ストリンガーと胴体の外板に取り付けられた円形フレーム（金属および複合）です。これらのプロセス全体を通じて、セクション41は、関連するアクティビティに応じて、各ステーションでキールアップまたはキールダウンします。

CW 中 の訪問では、約30台のワークステーションが表示され、各ワークステーションは組み立て状態でセクション41の構造を保持しており、各セクションはウィチタをエベレットのボーイングFALですぐに統合できるようにしています。ボーイングは現在、毎月12機の787を製造しており、2019年までに月に14機を製造することを約束しています。これは、ワイドボディ機としては異常に多い数です。

Sanchezは、Spiritがセクション41の製造に、開発上または実際の生産で、ほぼ10年間取り組んできたと述べています。存在していた可能性のあるバグ、ねじれ、および特異性は、ずっと前に特定され、解決されました。月に14隻の船積み率を満たすことは、問題にはならないだろうと彼は言います。

次世代のR＆D

ツアーがセクション41の製造施設を離れるとき、 CW スピリットの高度な研究のディレクターであるピエール・ハーターとのミーティングのために、外にある隣の建物に導かれます。以前は、現在は亡くなったコロラド州デンバー、米国を拠点とするアダムエアクラフト、ボンバルディア（モントリオール、QC、カナダ）のエンジニアであり、ウィチタ州立大学を卒業したハーターは、 CW を率いています。 何の変哲もない、複数の廊下、複数のドアのある建物のように見えますが、それでもすぐに、Spiritの複合材料の研究開発のハブであることが明らかになります。

スピリットのセクション41の製造ラインは洗練されていますが、10年以上前に新しくなった複合材料製造技術を使用していることは、議論の余地のない事実です。航空宇宙資格（コストと時間の両方）と製造の現実により、Spiritや同様のサプライヤーは、航空機構造の製造技術を早い段階で決定し、プログラムの期間中はそれに固執する必要があります。したがって、複合材料製造技術の最近の進歩がどれほど有利であるかにかかわらず、機器や材料をアップグレードする能力はしばしば制限されます。

したがって、ハーターの仕事は、新しく出現した複合材料と技術を評価し、次世代航空機に家を見つける可能性が高いものを決定することです。実際、787とエアバスA350が生産されているため、商用航空宇宙サプライチェーン全体が次の主要な商用プログラムを期待して忙しく、そのメンバーはそれぞれ、OEMが必要とする知識と専門知識を確実に習得しています。

従来の知識によれば、次の正式に発表されたプログラムは、ボーイングのシングルアイル、ツインエンジンのニューミドルマーケット飛行機（NMA、または797）であり、これは757を効果的に置き換えるものです。この飛行機は2025年頃に市場に参入する予定です。それは確かにコンポジットを使用します、スピリットのR＆Dチームの前の質問はいくらですか？どこ？そして、どのような種類ですか？まだ誰も答えを知らないので、ハーターと彼のチームはすべてのオプションを評価しています。したがって、Spiritで開発中の一連の材料、機器、プロジェクトは現在目がくらんでいます。 「私たちはさまざまなプロジェクトに取り組んでいます」とHarter氏は言います。 「オートクレーブ外、高速RTM、熱可塑性プラスチック、革新的な工具、インライン検査、ファイバーステアリング。 OEMが必要とするものは何でも準備ができていることを望んでいます。」

スピリットウィチタ複合材ラボの目玉は、16スプール（0.125、0.25、0.5インチのトウ）のElectroimpact AFPマシンであり、Harter氏によると、インライン自動検査の使用に関する貿易調査の実施や、プロトタイピングを含む他のさまざまな活動。自動検査システムの目標は、ツアーの前半で目撃した時間のかかる面倒な作業を排除し、懐中電灯でAFP技術者を監視し、問題のあるラップ、ギャップ、しわ、FODを探すことです。

スピリットは、Aligned Vision（米国マサチューセッツ州チェルムズフォード）のLASERVISIONシステムを評価しており、真の欠陥とは何かを再考し、「欠陥の特徴を再考する」ことを余儀なくされています。彼は、システムが今年の終わりまでに生産現場で稼働する可能性があると述べています。

AFPシステム以外にも、Spiritは、さまざまなレベルの技術的準備（TRL）で、さまざまなプロジェクトを実施しています。これらには次のものが含まれます：

• 形状記憶ポリマーツール（TRL 6）、
• RTM（TRL 6）を使用してHexcel（Stamford、CT、US）HiTape（ドライファイバー）で作成されたスパーセクション
• オートクレーブまたはオーブン（TRL 4）のいずれかを使用して硬化した、現場プロセス制御用のセンサーが組み込まれた注入スパー
• ステアリングAFPとホットドレープフォーミング（TRL 6）で作られたフレーム
• そして、ウィチタ州立大学のBig Area Additive Manufacturing（BAAM）マシンで製造され、Cincinnati Inc.（Harrison、OH、US）が提供する3Dプリントされた工具。

ハーター氏によると、他の研究分野には、ステッチされたプリフォーム、ロボットによるAFP / ATL、AFPヘッドの革新などがあります。後者は、2年以内にAFPのレイダウン率を2倍にするというSpiritでの2016年後半の挑戦から成長しました。ハーター氏と彼の仲間は、この課題に対処するために、「ロボットプロセスが最適化されると、ヘッド/マシンテクノロジーの限界にぶつかる」ことを発見したと述べています。つまり、AFP速度の制限要因がファイバートウの分配効率になります。 。 Spiritは、Electroimpactおよび材料サプライヤーと協力して、総スループットを向上させるように設計されたテクノロジーに取り組んでいます。

スピリットウィチタツアーの最後の目的地は、材料とコンポーネントのテストです。当然のことながら、Spiritは、MTS Systems Corp.（Eden Prairie、MN、US）が提供する15台の機械試験機（11-50 kip機能）、環境試験チャンバー、ひずみゲージ機能、計測システム、ハイベイなど、堅牢な機能を備えています。本格的なコンポーネントテストのためのスペース—翼構造とスラストリバーサーは CW の間にアクティブなストレス下にありました 訪問してください。

ツアーが終了すると、さようならが交換され、SpiritAeroSystemsの大規模なウィチタキャンパスが CW に後退します。 出発すると、Spiritのかなりの複合機能を考えると、次の10年でこの主要な航空メーカーをどのように探すのか疑問に思うのは簡単です。世界の航空宇宙の世界では、その一連の機能は間違いなく比類のないものです。スピリットエアロシステムズは、将来に備えて準備ができているようです。