多機能胴体デモンストレーター前進：持続可能な航空機イノベーションを先導

燃料排出とエネルギー消費の削減、単通路商用機を月産少なくとも60機のペースで生産する能力が、2035年以降に空を飛ぶ次世代航空機に向けたクリーンスカイ2欧州パートナーシップの技術開発を推進しています。軽量複合材とより速く環境に配慮した製造プロセスがこれらの目標を現実にしています、特に多機能胴体デモンストレーター（MFFD）プロジェクトで。

このプロジェクトの主な成果物は、エアバス（ドイツ・ハンブルク）主導で、学術界と航空業界のパートナーとともに、2022年までに製造される8メートル長、熱可塑性複合材、単通路商用機胴体バレルデモンストレーターです。MFFDは、クリーンスカイ2の大型旅客機（LPA）革新的航空機デモンストレータープラットフォーム（IADP）内で製造される3つのフルスケール胴体セクションの一つです。

2014年開始のMFFDプロジェクト目標には：

• 月産60〜100機の生産レート実現
• 胴体重量1,000kg削減
• 経常コスト20%削減

これら目標達成のため、数十の個別プロジェクトと作業パッケージが完了しており、上部胴体シェルと下部胴体シェルの2つの主要構造が製造され、溶接されて最終デモンストレーターを形成します。実際、ファスナーや穴なしでのダストレス接合（溶接による）がプログラムの主要構成要素です。両半分は、東レアドバンストコンポジット（米国カリフォルニア州モーガンヒル）のToray Cetex TC1225低融点ポリアリルエーテルケトン（PAEK）カーボンファイバー熱可塑性プリプレグから製造されます。ドイツ航空宇宙センター（DLR、アウグスブルク）接合・組立技術部門長ラース・ラーセン博士によると、両半分で異なる製造技術の使用をテストします。

下部胴体セクションは、プロジェクトSTUNNING（SmarT mUlti-fuNctionNal and INtegrated thermoplastic fuselaGe）で製造され、それ自体多くのサブプロジェクトを持ちます（MECATESTERSなど、誘導溶接に焦点）。下部セクションは、溶接ストリンガーとフレームを持つ下部胴体シェル、客室・カーゴフロア構造、関連内装・システム要素で構成されます。

STUNNINGはGKNフォッカー（オランダ・パペンドレヒト）主導で、主要パートナーにディール・アビエーション（ドイツ・ラウプハイム）、オランダ航空宇宙センター（NLR、オランダ・アムステルダム）、デルフト工科大学（TUデルフト、オランダ・デルフト）。プロジェクトは、自動組立プロセス、熱可塑性製造と溶接技術、統合設計と製造開発、先進電気システムアーキテクチャの更なる成熟を目指します。

「私たちの業界インパクトは二重です：デモンストレーター組立に適用している自動化レベル、持続可能な部品製造方法の開発」と、GKNフォッカープログラムマネージャーのバス・フェルトマン博士。

フェルトマン氏が2020年2月発表論文によると、下部胴体のモジュール組立が高速生産時間達成の鍵です。胴体メインスキン製造には、カーボンファイバー/熱可塑性プリプレグで作られた大型プリフォームが、超音波またはレーザー加熱自動テープ積層（ATL）マシンで積層されますが、インサイチュ圧着はされません。ディテールは自動ファイバープレースメント（AFP）マシンで積層。ロボットがプリフォームをメス型圧着金型に配置し、バッギング後、オートクレーブでスキンを圧着。アウトオブオートクレーブプロセスも調査中。ストリンガーとフレームはスキンに溶接されます。

「本来は今年中にすべての部品製造完了予定でしたが」とフェルトマン氏、「コロナ関連遅延で来年も継続します。しかし、かなり多くの部品が完了しています」と、航空機シート等取り付け用のクリップ、ストラット、ブラケットなど小型プレス成形部品が多数。持続可能な製造を強調し、フェルトマン氏は、デモンストレーターの他部品からの切り落とし端材を再利用して一部クリップを製造していると付け加えます。これはECO-CLIPと呼ばれるクリーンスカイ2プロジェクトを通じています。

2020年初めから、フルスケール8メートル上部シェルを製造するコンソーシアムには、エアバス、プレミアム・エアロテック（ドイツ・アウグスブルク、産業・構造設計リード）、DLR（スキン積層と溶接技術開発担当）、アエルノバ（スペイン・ビトリア＝ガステイズ、ストリンガー製造）が含まれます。

上部半分の設計。写真提供：ドイツ航空宇宙センター（DLR）

航空宇宙業界がより高価な熱可塑性材料へ移行するには、「生産時にコスト削減できることを示さなければなりません」とラーセン氏。上部半分コンソーシアムは、カーボンファイバー/PAEKスキン積層のインサイチュ圧着付き新規先進ファイバープレースメント（AFP）技術、ストリンガー、フレーム、その他コンポーネント統合のための連続超音波溶接と抵抗溶接の工業化を開発中で、安全性向上とコスト削減を図ります。DLRはまず1メートル長のプレデモンストレーターテストシェルを構築し、フルスケールデモンストレーター構築前に技術を検証。2020年末までにプレデモンストレーターシェル用スキン製造完了予定。ストリンガー統合は2021年初め予定。

両半分のフルスケール版は2021年末までに完了予定。完次第、フラウンホーファー製造技術・先進材料研究所IFAM（ドイツ・シュターデ）で最終デモンストレーターとして溶接されます。