AFRL, 브레이딩/SMP 툴링/VARTM으로 차세대 엔진 인렛 덕트 비용 절감 시험

미국 공군 2030 과학 기술 전략에는 미래 교전 지원을 위한 저비용 무인 항공 시스템(UAS) 대량 배치가 포함된다. 이 비전 실현을 위해 현재 레거시 공정 대비 낮은 비용으로 고품질 항공우주 부품 신속 제조를 지원할 새로운 제조 전략이 식별되어야 한다.

공군 연구소(AFRL, 미국 오하이오주 데이턴) 제조 및 산업 기술 부문과 오하이오 기반 계약자 팀 코너스톤 리서치 그룹(데이턴), A&P 테크놀로지(신시내티), 스핀테크 LLC(제니아)가 11피트 길이 S자형 복합 엔진 인렛 덕트 제작에서 레거시 프리프레그 핸드 레이업을 건식 섬유 브레이드 프리폼과 진공 보조 수지 전이 성형(VARTM)으로 대체하는 이점 정량화 연구를 수행했다.

항공기 엔진 인렛 덕트는 엔진 압축기 스톨을 방지하기 위해 일정한 공기 공급을 제공한다. 인렛은 가능한 최소 항력을 생성해야 한다. 기류 공급 최소 간극도 주요 엔진 문제와 상당한 효율 손실 초래 가능. 인렛 덕트가 최소 난류로 충분한 공기 제공하려면 깨끗하고 결함 없어야 한다.

S자형 인렛 덕트 신규 제조 접근법은 다조각 강철 맨드렐 위 핸드 레이업 프리프레그 후 오토클레이브 경화를 자동화된 오버브레이드 공정으로 대체하여 건식 섬유 적용. 매우 무거운 다조각 강철 맨드렐을 경량 단일 조각 형상 기억 폴리머(SMP) 맨드렐로 대체. 건식 브레이드 탄소 섬유를 저비용 에폭시 수지 및 오븐 경화 VARTM으로 복합 구조물 가공.

팀은 오버브레이드 아키텍처 분석 완료, SMP 성형 툴 및 프리폼 오버브레이딩 공정 중 툴 역할 SMP 맨드렐 제작 완료. S자형 인렛 덕트 복잡한 형상 때문에 오버브레이드 머신 설정 최적화와 복합 소재 주름 최소화 위해 다중 반복 필요. 총 4개 인렛 덕트 제작 예정, 레거시 부품 비용과 생산 시간 신규 설계와 비교.

"재사용 가능한 형상 기억 폴리머 맨드렐 도입과 자동화된 오버브레이드 공정, 오븐 기반 VARTM 복합 경화가 상당한 비용 및 사이클 타임 감소로 이어질 것이라 믿는다"고 AFRL 제조 및 산업 기술 부문 저비용 소모성 항공기 기술 이니셔티브 제조 리드 크레이그 네슬렌은 말한다. "제조 이점 정량화와 구조적 무결성 검증이 긍정적 비즈니스 케이스 수립과 설계자/제조업체가 신소재와 공정을 미래 저비용 엔진 인렛 덕트 설계에 통합하도록 설득하는 데 중요할 것이다."

최종 인렛 덕트는 AFRL 항공우주 시스템 국 산하 보완적 기체 설계 및 제조 프로그램 추가 통합 위해 미 공군에 납품될 예정. 항공기 부문은 통합 브레이드 동체 및 인렛 덕트 구조 정적 지상 테스트 수행.

"소모성 허용이 설계 기준과 결과 제조 소재/공정에 미치는 모든 함의를 아직 정의하지 못했지만, 풀스케일 기체 지상 테스트로 평가할 강도와 강성 임계 요건 기준선이 있다"고 AFRL 항공기 부문 항공우주 엔지니어 레이 피셔는 말했다.

AFRL은 미 공군 1차 과학 연구 개발 센터다. 9개 기술 분야와 전 세계 40개 기타 운영에 11,000명 이상 인력으로 기초부터 첨단 연구 개발까지 다양한 과학 기술 포트폴리오 제공. 자세한 정보: www.afresearchlab.com.