提供全球复合材料市场gydF4y2Ba
OPTICOMS翼盒演示段gydF4y2Ba

OPTICOMS Clean Sky 2项目正在寻求一种设计、材料和制造解决方案,以实现低速率飞机生产的复合材料翼盒的成本效益和自动化制造。该项目由以色列航空航天工业公司(IAI)牵头,采用了带有“工作”表皮的三梁设计。图片来源:公司gydF4y2Ba

用于商用飞机的复合空气结构的制造超过50年,从较小的部分到非常大的主要结构 - 机身,翅膀,empennage,发动机的稳步发展 - 在2000年代初开发的波音787和空中客车A350。绝大多数这种演变依赖于使用的高压釜固化的碳纤维/环氧树脂预浸料,最初由手工铺设,然后通过自动纤维放置(AFP),自动化胶带铺设(ATL)和其他基于机器的过程。gydF4y2Ba

这些材料和工艺(M&P)技术适用于广泛的787和A350,PANTIMAX预先建立了每月10-15的速率。然而,由于波音和空中客车期待未来,并考虑将复合材料应用于预计每月60-100级,设计和M&P将有利于高速,外出的-Autoclave(OOA),高度自动化的过程。这些方法包括树脂转移成型(RTM),压缩成型和液体树脂输注。gydF4y2Ba

但即使高速制造将占据商业航空航天部门,也可以制造复合空气结构gydF4y2Ba低比率gydF4y2Ba飞机——包括支线飞机和公务机项目——不仅将持续存在,而且能够而且应该从一些将部署在高费率项目中的相同成本、设计和M&P创新中受益。gydF4y2Ba

正是基于这些想法,欧洲清洁天空2号项目启动了gydF4y2Ba眼镜玉gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaOptigydF4y2Ba大调gydF4y2BacomgydF4y2Ba“孩子gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba小型飞机的结构。OPTICOMS是一个由航空航天制造商领导的联盟gydF4y2Ba以色列航空航天工业gydF4y2Ba(IAI,LOD,以色列)与合作伙伴提供创新自动化技术,材料,软件,工具和机械。Opticomo的目的是评估低速生产翼盒设计,具有自动制造,综合结构,OOA固化,大型结构粘合,创新制造和装配工具,对键和虚拟测试的结构健康监测。gydF4y2Ba

IAI航空集团研发总监、OPTICOMS经理阿诺德•内森(Arnold Nathan)表示:“每当我们试图将自动化纳入复合材料制造的(讨论)中时,我们经常听到客户说,‘自动化很好,但只有在你有大量生产的时候。OPTICOMS的建立是为了找出当你在gydF4y2Ba不gydF4y2Ba有大型生产概况。复合材料制造自动化在低产量方面是否具有竞争力和成本效益?”gydF4y2Ba

翼设计gydF4y2Ba

OPTICOMS是根据意大利商务飞机制造商比亚吉奥航空航天公司(热那亚)提出的“洁净天空2号”要求而诞生的,该要求是为其P180开发全复合材料替代机翼gydF4y2Ba两代情gydF4y2Ba九乘客孪生涡轮螺旋桨飞机。机翼箱长6.8米,宽0.71米,尖端宽0.28米。纳德说Piaggio渴望评估全金属遗留翼盒的替代品 - 一种尺寸相同的替代方案,但提供减肥(20%)。此外,与传统的复合翼箱制造相比,成本应减少20-30%。IAI及其合作伙伴赢得了合同,并于2016年开始与Piaggio合作。gydF4y2Ba

OPTICOMS翼盒设计技术图纸gydF4y2Ba

苏珊kraus的插图gydF4y2Ba

OPTICOMS是一个多部分项目,旨在执行一系列非常详细和精心进行的贸易研究,以评估和确定最优的机翼设计、材料组合和面向对象制造工艺,用于低体积全复合机翼盒的自动化制造。gydF4y2Ba

Nathan说,IAI和OPTICOMS很早就决定将重点放在和评估由三个合作伙伴提供的三种制造流程的使用上:自动化机器人拾取和放置干燥和预浸织物,由gydF4y2BaTechni-Modul工程gydF4y2Ba(TME,Coudes,法国);自动化纤维放置(AFP)的干燥和预处理的拖密gydF4y2Ba科里奥利复合材料gydF4y2Ba(Queven、法国);和自动干燥物料放置(ADMP)技术,由gydF4y2BaDanobatgydF4y2Ba(埃洛巴尔,西班牙)。这些技术和合作伙伴的选择对于在整个多变体贸易研究中引导IAI至关重要。gydF4y2Ba

这项贸易研究的第一步是设计评估。这项工作由IAI的先进技术结构设计工程师Adam Sawday领导。Sawday说,他和IAI公司对机翼的设计采取了一种全新的方法,在不同的架构中研究了超过18个概念。设计很快就分成两类。第一种是采用“工作”蒙皮,在其中翼盒蒙皮成为一个承重结构。第二种使用带有负载梁帽的非工作表皮。在这些类别中,设计包括有肋骨、桁和两根桁的传统概念,或者,或者,使用三根桁-称为多桁-没有肋骨或桁。一些概念也考虑使用三明治面板结构,产生半工作皮肤。gydF4y2Ba

“我们的口头禅是为了减少制造业,减少装配努力,”萨达日说。“我们相信,如果您能够开发更有效的结构,那么您将获得更便宜和更轻的结构。”gydF4y2Ba

Sawday表示,设计是针对一系列指标来衡量的,以评估其满足计划成本和体重目标的能力。这些指标包括:材料成本,设计复杂性,组件制造成本,装配成本,非破坏性测试(NDT)成本,工具和夹具成本,重量,实力,技术准备水平(TRL),生态考虑,风险概况,鲁棒性和鲁棒性可靠性。其中,最重视的标准是重量,制造和装配成本,设计复杂性,TRL和风险概况。gydF4y2Ba

OptiComoS翼盒设计选项gydF4y2Ba

Opti-Select过程将其LED至10个设计翼盒的最终选手,每个都采用不同的结构和装配功能。选择过程寻求设计,使装配尽可能高效且经济高效。图片来源:公司gydF4y2Ba

选择最终设计gydF4y2Ba

这次评估的数据帮助IAI公司将设计方案降至10个决赛方案。4个多肋/工作皮肤,1个多肋/非工作皮肤与负载梁,4个多肋/工作皮肤与弦,1个多肋/工作皮肤与弦,1个三明治结构/工作皮肤与弦。每种设计都提供了预固化、共固化、粘接或机械紧固的各种组合。gydF4y2Ba

最终的设计涉及到另一轮贸易研究,其中许多标准与第一轮研究相同。每个设计都有一个交易价值,基于它满足标准的程度。Sawday说:“我们有一个巨大的权衡表,每个设计选项都有价值,这帮助我们看到了最强的选项。gydF4y2Ba

从一开始就有一种设计,在贸易研究中一直良好地表现良好,似乎可能会出现在顶部,萨达日注目。它确实如此。内部被称为多翼梁/工作皮肤#2,它具有高度集成和共固化的上皮和三个翼梁。然后将它们粘合到具有接入面板的下皮肤上。在卫生间之间有选择性地定位是一系列“备份”肋骨,设计用于支撑皮肤,其具有大部分弯曲载荷。gydF4y2Ba

“我们开发的最有利的结构,”索戴说,“是那些多梁结构,在那里皮肤变得承重。桅杆结构变得更简单、更薄,而且不像传统的复合材料机翼设计那样重。我们认为,如果我们可以把这些梁做得非常简单,具有恒定的横截面,将会节省很多麻烦和大量的废料。”gydF4y2Ba

Sawday表示,粘合式集成多梁/工作蒙皮设计在降低组装成本、重量轻、易于自动化和整体零件数量方面具有特殊的前景。然而,问题依然存在:哪种材料和哪种制造工艺最适合实现这种设计?gydF4y2Ba

OPTICOMS翼盒layup with Danobat ADMP系统gydF4y2Ba

丹诺巴特的自动干燥物料放置(ADMP)系统设计用于快速放置大量干燥纤维。尽管该技术最初是用于风力涡轮机叶片制造,OPTICOMS正在评估其适用于航空制造的适用性。图片来源:DanobatgydF4y2Ba

m和p贸易研究gydF4y2Ba

首先是材料贸易研究。这些都是由IAI的复合材料工程师Yaniv Yurovitch完成的。他说,OPTICOMS开始根据Piaggio、IAI和技术合作伙伴的建议,评估OOA碳纤维预浸料、干碳纤维(胶带和织物)和树脂。结果是一份包含35种合格新材料的清单。gydF4y2Ba

OPTICOMS翼盒layup with Danobat ADMP系统gydF4y2Ba

Danobat副本系统。图片来源:DanobatgydF4y2Ba

然后,根据OPTICOMS项目最关键的参数对第一组材料进行筛选:成本、玻璃转变温度(TgydF4y2BaggydF4y2Ba),粘度(用于输注或注射),适用于自动铺设技术。该评估将材料列表从35〜20个预浸料坯,干纤维和树脂中减少。gydF4y2Ba

这20种材料都订购了样品;然后,尤罗维奇制作了优惠券,并进行了机械测试,作为下一个向下选择的一部分。“这是一个非常大的工作包,”尤罗维奇说。“这让我们可以做出更多的决定,选择最后三种材料。”这些纤维/树脂组合是:gydF4y2Ba

该清单显然有利于干纤维,这反过来有利于灌注作为制造过程。内森说,这是由在低批量环境中管理预浸料保质期的挑战。“当你说出低乐观的生产时,你真的不想带着很多预浸料,担心管理保质期,”他说。“干纤维没有那个问题。”gydF4y2Ba

的se three materials were also paired with one or more of the manufacturing processes selected for OPTICOMS: Toray prepreg matches up with pick-and-place and AFP, Hexcel’s HiTape/RTM6 matches up with AFP as well as pick and place, and the SAERTEX NCF matches up with pick-and-place or ADMP.

OPTICOMS正在评估使用预浸料和干纤维的蒸压釜外生产。干燥纤维的放置将使用Danobat ADMP系统或科里奥利AFP系统。对于翼盒设计中的后备肋,预计将使用TME的机器人拾取和放置系统。图片来源:公司gydF4y2Ba

围绕自动化制造过程的交易——最适合哪种类型的零件——仍由IAI和OPTICOMS进行。然而,初步的结果,内森说,肯定指出了技术的某些方向。例如,Danobat的ADMP技术最初是为风力涡轮机叶片制造中快速放置宽织物而开发的,在OPTICOMS中也证明了同样的效率。在OPTICOMS期间,该技术已经成熟,其稳健性和可靠性也得到了提高,但与AFP相比,它仍然是一种不成熟的航天层压技术。gydF4y2Ba

相反,随着科里奥利系统的AFP,具有广泛的航空航天体验,是一种成熟和准确的技术,但与ADMP相比,比较较长的时间,需要相对频繁地检查以检查异常。Nathan说,科里奥里斯在整个角色开发项目中,在整个OptiComs项目中取得了显着的进展,并对篮板进行了延迟来处理这一挑战。Finally, TME’s pick-and-place technology, designed to automate the transfer of cut fabrics from the cutting table to the mold, appears to be most effective for smaller, discrete parts, like the back-up ribs in the multi-spar/working skin design.

OPTICOMS TME系统从工作台拾取层gydF4y2Ba

由Techni-Modul Engineering(TME)开发的拾音系统,用于针对OptiComoR工程,已证明最适合制造为多翼梁翼盒设计的备用肋骨。这里,TME系统从切割台拾取帘布层,并且在下面的图像中,准备将其放在模具上。Down-Select用于OptiComoS的制造过程正在进行中。该项目还在评估自动纤维放置(AFP)和自动化干材料展示率(ADMP)的性能。照片信用:TMEgydF4y2Ba

下一步gydF4y2Ba

Nathan表示,尽管仍有几个月的工作要完成,以评估制造流程和组装解决方案,但OPTICOMS正在实现该计划制定的自动化、成本和重量节省目标。gydF4y2Ba

“这是OPTICOMS的重要一点,”他解释道。“我们有一个强大的向下选择的设计。我们对材料进行了筛选。我们对流程进行了向下选择。所有这些都需要时间和努力。这是该项目的独特之处。”gydF4y2Ba

OpticomoS TME系统将帘布层放在模具上gydF4y2Ba

TME系统将帘布层放置在模具上。照片信用:TMEgydF4y2Ba

OpticomoM启动了三个呼吁支持技术和硬件的提案(CFP),以支持,确保和增强项目目标。成功的提案成为清洁的天空2项目,与视角和补充的针对视角“母亲”核心合作伙伴 - 所有人都在一起朝着共同的目标。gydF4y2Ba

这一发展的第一次努力是gydF4y2BaFITCoWgydF4y2Ba,旨在开发一种新型的整体碳纤维加工系统,用于工作蒙皮和三根梁的共固化。FITCoW列出了一系列雄心勃勃的目标:制造零件的成本降低50%,模具成本降低30%(与金属替代品相比),与热压罐和OOA替代品相比减少20%的制造时间,与英伐工具相比减少40%的CTE不匹配,由于更好的尺寸控制能力,加热和冷却时间减少了20%,检查时间减少了40%。gydF4y2Ba

眼镜翼盒Wibond装配夹具gydF4y2Ba

顶部翼盒上部结构包括共固化翼梁和工作翼状皮肤。然后使用通过附着在顶视图的辅助清洁天空2个项目开发的组装技术将它们粘合到下翼皮肤上。这里显示的是Wibond装配夹具中的翼梁/皮肤结构。注意传感器集成到绑定程序中以检查债券完整性。照片学分:Piaggio AerospacegydF4y2Ba

为了将梁/蒙皮结构粘结到较低的蒙皮上,第二个CFP产生了另一个OPTICOMS项目,称为gydF4y2BaWIBONDgydF4y2Ba,开发一种粘接组装工具,用于放置粘合剂,施加适当的压力,并在粘接线中加入光纤传感器,以监测粘接的结构健康;gydF4y2Ba连续波gydF4y2Ba将在2022年发表的另一篇文章中报告这一技术和其他组装技术。gydF4y2Ba

第三个CFP的启动是为了应对残余应力的关键挑战,残余应力会导致梁/蒙皮结构的“弹起”。这些变形会对键合组装过程产生有害的影响。的gydF4y2BaELADINEgydF4y2Ba项目加入OPTICOMS的工作,开发软件,建模和预测热各向异性、聚合收缩、工具部件相互作用、树脂流动和压实以及整个结构的温度梯度。gydF4y2Ba

眼镜翼盒静态试验台gydF4y2Ba

在Piagio Aeropachace的一个完全组装的视角小型演示。这款1.2米长的演示者代表全尺寸翼盒的中心,配备了结构健康监测系统,可在弯曲和压缩测试期间测量键合性能。OptiComs项目目前正在使用Piagio测试和评估的全尺寸翼盒。照片学分:Piaggio AerospacegydF4y2Ba

IAI和OpticomoM的主要焦点现在是Q2 2022 A完整的6.8米示范翼到Piaggio进行静态和疲劳测试。随后将分析机翼的整体性能以及设计,材料和流程以满足项目标准的能力。继此后来将来自Piacgio关于潜在的下一步商业化的推荐。gydF4y2Ba

然而,除了比亚乔之外,IAI希望OPTICOMS翼盒可以应用于其他飞机。Sawday说:“虽然这个项目是基于特定的飞机,但我们试图使设计可扩展到不同的厚度和尺寸。我们从未忽视这样一个事实,即这项技术能够而且应该具有高度的适应性。”gydF4y2Ba

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