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米空軍研究所、編組プリフォームと相変化工具でエンジン吸気ダクト製造を革新

写真提供:Air Force Research Laboratory

2020年3月、空軍研究所(AFRL、米国オハイオ州デイトン)の製造・産業技術部門は、Cornerstone Research Group(デイトン)、A&P Technology(オハイオ州シンシナティ)、Spintech LLC(オハイオ州ゼニア)と提携し、無人航空機システム用の全長11フィート(約3.35m)、S字型エンジン吸気ダクトの製造において、レガシー製造プロセスを新規プロセスで置き換えるメリットを定量化する研究を発表しました。プログラムの明示目標の一つは、新規工具とプロセスソリューション導入による部品コストと生産時間のメリットを理解することです。

写真提供:Air Force Research Laboratory

吸気ダクト(航空機エンジンへスムーズな気流を確保する中空チューブ形状部品)は、従来、複数ピースのスチールマンドレルに複合材プリプレグを手作業で積層し、オートクレーブで硬化させて製造されていました。

新プロセスでは、ドライカーボンファイバーをA&P Technologyの自動オーバーブレイドプロセスで、SpintechのSmart Tooling形状記憶ポリマー(SMP)工具製マンドレルに適用します。その結果得られるプリフォームを、真空支援樹脂移動成形(RTM)で低コストエポキシ樹脂で含浸させます。

Smart Toolingプロセス(下記動画参照、またはこちらで製品デモ参照)では、ドライカーボンファイバーを剛性ポリマー工具に適用した後、工具の外側と中空中心部に真空バッグを配置します。パーツをオーブンに入れ、加熱樹脂を圧力下で適用し、硬化させます。硬化後、Smart Tooling工具を弾性温度まで加熱し、完成複合材部品から容易に抜き取り、再成形、冷却固化させて再利用可能にします。

吸気ダクトの幾何学的複雑さから、複合材シワを最小限に抑えるオーバーブレイドプロセス設定の最適化には複数回の反復が予想され、レガシーパーツとコスト・生産時間を比較するため、合計4本の吸気ダクトが製造されました。A&PのQISO三軸編組がプリフォームの主要アーキテクチャとして採用されました。

プログラム全体の目標は、最終吸気ダクトを米国政府に納入し、航空宇宙システム局の機体設計・製造プログラムに統合すること。さらなる構造試験は航空宇宙ビークル部門が実施します。

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