2003년 The Boeing Co.(미국 일리노이주 시카고)이 787 상업용 제트 여객기의 개발 계획을 발표했을 때 비행기가 동체, 날개, 지난 수십 년 동안 표준이었던 알루미늄이 아닌 탄소 섬유 복합 재료로 제작된 꼬리 및 기타 주요 구조. 그러나 거의 주목할 만한 것은 이러한 주요 구조물의 제작을 전 세계 공급업체 네트워크로 확장하기로 한 보잉의 결정으로, 각 부품은 궁극적으로 미국 워싱턴주 에버렛에 있는 보잉의 최종 조립 라인에서 결합될 완전한 하위 조립품을 구축할 것입니다. 현재 잘 알려진 이러한 공급업체 목록에는 Mitsubishi Heavy Industries 및 Kawasaki Heavy Industries(일본 도쿄), Alenia Aeronautica(이탈리아 나폴리), 미국에서 가장 유명한 Spirit AeroSystems가 포함됩니다.
Spirit은 조종석, 조종석 앞유리, 2개의 문, 9개의 승객 창문 및 모든 항공 전자 장치, 조종석 좌석 및 배선을 포함하는 섹션 41이라고 하는 787의 전방 동체 전체를 제조하기 위해 선택되었습니다. 직경 6.2m, 길이 12.8m의 섹션 41은 틀림없이 비행기의 동체 부분 중 가장 복잡한 부분입니다.
그 Spirit이 787개의 구조물을 공급하기 위해 선택된 것은 놀라운 일이 아닙니다. 회사의 역사는 항공의 전설 Lloyd Stearman이 자신의 Stearman Aviation Co.를 캘리포니아에서 위치타로 이전한 1927년으로 거슬러 올라갑니다. 불과 2년 후, 당시 United Aircraft and Transport Corp.로 알려졌던 Boeing이 Stearman을 인수했습니다. 보잉 위치타 공장은 계속해서 B-29 Superfortress를 포함하여 미국 역사상 가장 상징적인 군용 항공기를 제조할 것입니다. , B-47 Stratojet 그리고 B-52 Stratofortress .
2005년 보잉이 787 제조 개발에 본격적으로 착수할 무렵 위치타 캠퍼스는 보잉에 매각되어 스피릿 에어로시스템즈로 개명되었다. Spirit의 R&D 및 ManTech 수석 이사인 Eric Hein은 현재 미국(캔자스, 오클라호마, 노스캐롤라이나)과 스코틀랜드, 프랑스, 말레이시아에 추가 지사를 두고 있는 회사가 세계 최대 상업용 항공기 제조의 본거지라고 주장합니다. 능력. Spirit은 787 외에도 Boeing의 737, 747, 767 및 777을 위한 주요 구조물(대부분 금속성)을 건설합니다. Airbus A320, A350(복합소재 집약적) 및 A380; Bombardier CSeries; 미쓰비시 MRJ; 시코르스키 CH-53K (헬리콥터); 벨 V-280 (틸트로터). Spirit은 2017년에 미화 70억 달러의 매출을 올렸고 미화 460억 달러의 잔고를 기록했다고 Hein은 말합니다.
회사가 성장하는 동안 Spirit의 Wichita 위치는 여전히 회사 운영의 핵심이었습니다. 600에이커가 넘는 곳에 150개의 건물이 있고 10,700명의 직원이 근무하는 이 도시는 캠퍼스 전체에 사람과 물품을 배달하는 트럭, 자동차 및 셔틀로 분주한 자체 제조 도시입니다.
787 전방 동체 제조는 캠퍼스 가장자리 근처에 있는 하나의 매우 큰 건물에 국한됩니다. 여기에서 모든 복합재 제조, 내부 구조 설치 및 시스템 통합은 완제품이 최종 조립을 위해 Everett으로 배송되기 전에 수행됩니다.
CW 787 생산 지역 투어는 Spirit의 787 운영 수석 관리자인 José Sanchez가 이끌고 있습니다. Spirit AeroSystems는 787 동체의 일부를 모놀리식 구조로 만들고 자동화된 섬유/테이프 배치 프로세스와 함께 경화된 스트링거를 결합하여 일체형 배럴을 형성합니다. (특히, Airbus는 나중에 일체형 구조가 아닌 탄소 섬유 복합 패널로 구성된 동체로 유사한 A350 XWB를 설계했습니다. Spirit은 미국 노스캐롤라이나주 Kinston에서 A350용 동체 패널을 제작하고 프랑스에서 조립합니다.)
널리 보고된 바와 같이 787 기본 구조를 제조하는 데 사용되는 복합 재료는 Toray Industries(Tokyo, Japan)에서 제공하며 중간 계수 T800S 섬유를 사용하는 Torayca 3900 시리즈 탄소 섬유 강화 강화 프리프레그입니다. 프리프레그는 UD 테이프, 슬릿 테이프(자동 섬유/테이프 배치용) 및 직물로 제공됩니다.
787 동체 설계는 스트링거 절단 및 성형과 동체 외피 섬유 배치라는 두 가지 기본 복합 재료 제조 작업을 규정합니다. 그 비결은 스트링거를 섬유가 배치된 스킨과 결합하여 동시 경화된 구조를 가능하게 하는 것입니다. 이 때문에 Spirit과 더 나아가 Boeing은 투어의 첫 번째 정류장인 스트링거 제작에서 수행되는 프로세스에 많은 의미를 부여합니다.
이 고도로 자동화된 라인은 Torayca 3900 시리즈 프리프레그를 플라이로 절단하는 American GFM(Chesapeake, VA, US) 절단 테이블을 특징으로 합니다. 플라이를 수동으로 쌓고 오버헤드 LAP 레이저(Erlanger, KY, US)로 안내하고 성형 준비를 하는 키팅 테이블로 옮겨집니다. Sanchez는 이 스트링거 제조 라인이 Section 41 제조를 위해 개발된 Spirit 지적 재산권의 상당 부분을 구현하며 시설 운영의 중요한 부분이라고 말합니다.
미리 형성된 스트링거는 스트링거 라인에서 나올 때 다음으로 작업자에 의해 모든 복합 재료 제조 작업의 초점이 될 인접한 섹션 41 맨드릴로 옮겨집니다. 전방 동체 섹션의 모양과 치수를 담당하는 맨드릴은 탄소 섬유/비스말레이미드(BMI) 합성물로 제작되며 6개의 세그먼트로 구성되어 있다고 Sanchez는 말합니다. 각 세그먼트는 맨드릴의 길이를 따라 측면으로 나뉩니다. 각 맨드릴 섹션의 표면에 가공되어 공구 길이도 연장되며, 미리 형성된 스트링거가 배치되고 스트링거의 평평한 바닥이 바깥쪽을 향하도록 하는 슬롯이 있습니다.
모든 스트링거가 슬롯에 배치된 후 작업자는 전체 맨드릴을 Toray Composites(America) Inc.(미국 워싱턴주 타코마)에서 만든 짜여진 와이어 패브릭(IWWF)으로 덮어 전체 787에 낙뢰 보호 기능을 제공합니다. 동체. 그런 다음 이 전체 구조를 비닐 봉지 필름으로 덮습니다. 맨드릴이 수동 가이드 차량을 통해 다음 스테이션(자동 섬유 배치(AFP))으로 옮겨질 때 이 필름은 IWWF와 스트링거를 제자리에 고정한 다음 AFP를 위해 제거됩니다.
아마도 동체 스킨을 제작하는 데 사용되는 AFP 시스템보다 787에서 복합 재료 사용을 상징하는 프로세스는 없을 것입니다. AFP는 787 프로그램이 시작되었을 때부터 수년 동안 사용되어 왔기 때문에 복합 재료 제조에 새로운 것이 아닙니다. 787의 새로운 점은 애플리케이션의 규모였습니다. AFP로 만든 복합 구조는 787 동체 섹션의 크기에 근접한 경우가 거의 없습니다.
Spirit이 Wichita에서 787 생산을 시작했을 때 AFP는 Ingersoll Machine Tools Inc.(미국 일리노이주 록포드)에서 공급한 32-크릴 기계로 수행되었습니다. 그러나 2000년대 초에 Boeing은 모듈식의 교체 가능한 헤드를 특징으로 하는 새로운 AFP 기계 개발에 대해 자동화 전문업체 Electroimpact(미국 워싱턴주 머킬테오)와 협력하기 시작했습니다. 각 헤드는 주어진 작업 유형에 대해 모든 탄소 섬유 스풀을 저장하고 필요한 테이프 너비에 따라 비교적 쉽게 교체할 수 있습니다.
Spirit은 여전히 원래의 Ingersoll 기계를 가지고 있지만 백업 역할로 사용됩니다. 이는 Spirit이 Section 41 스킨 제작의 대부분을 수행하기 위해 결국 두 대의 Electroimpact 기계를 구입했기 때문입니다. Sanchez는 각각 16개의 스풀 헤드(0.25 및 0.50인치 너비/6.35 및 12.7mm 너비 토우)가 장착된 Electroimpact AFP 기계가 맨드릴에 재료를 적용하기 위해 함께 작동한다고 말합니다. 맨드릴은 수평으로 장착되어 스핀들에 회전하는 반면 헤드는 양쪽을 따라 횡단하여 주로 비교적 짧고 금지된 코스에 견인 장치를 배치합니다. 방문객들은 공장의 밝은 조명에서 이미 맨드릴에 배치된 다양한 각도의 토우 컬렉션을 쉽게 볼 수 있습니다.
Sanchez는 "매우 빠름"이라는 말을 제외하고는 두 개의 Electroimpact 기계가 하나의 동체 스킨에 대해 모든 섬유를 완전히 배치하는 데 걸리는 시간을 밝히지 않았습니다. 모든 AFP 작업은 기계에서 3명의 작업자가 관리합니다. 하나는 맨드릴을 내려다보는 제어 부스에서 작업하고 다른 두 개는 맨드릴 아래 및 옆에 있는 바닥을 걷고 손에 손전등을 들고 문제가 있는 간격, 랩, 고르지 않음, 주름 및 표면의 이물질 파편(FOD)을 찾습니다. 미리 준비된 견인. 구조가 치유되기 전에 결함을 해결/수정해야 합니다.
또 다른 전면 포장에 이어 섹션 41의 다음 중지는 오토클레이브입니다. Spirit Wichita는 두 개의 대규모 Thermal Equipment Corp.(TEC, Rancho Dominguez, CA, US) 오토클레이브를 운영합니다. 동체 섹션은 밤새 경화된 후 구조가 디백되고 6개의 맨드릴이 분해되어 동체의 넓은 끝을 통해 섹션별로 제거됩니다.
섹션 41에서 이어지는 내용은 전체 구조가 완성을 향해 진행됨에 따라 역에서 역으로 며칠 동안 이동하는 것입니다. 여기에는 MTorres(Torres de Elorz, Spain) Torresmill 5축 갠트리 라우팅 및 드릴링 머신 방문이 포함됩니다. 이 장비는 동체 프레임 및 기타 내부 구조는 물론 도어 개구부, 창문 및 전면 랜딩 기어 개구부를 위한 구멍을 뚫습니다. 동체는 또한 펄스 에코 비파괴 검사(NDI), 페인트 준비, 페인팅, 창 유리 설치, 도어 설치 및 모든 내부 구조/시스템 설치를 거칩니다. 설치된 첫 번째 내부 구조는 스트링거와 동체 스킨에 부착되는 원형 프레임(금속 및 합성물)입니다. 이러한 프로세스 전반에 걸쳐 섹션 41은 관련된 활동에 따라 각 스테이션 용골 또는 용골에서 작업됩니다.
CW 동안 의 방문에서 약 30개의 워크스테이션이 확인되었으며 각 워크스테이션은 일부 조립 상태에서 섹션 41 구조를 유지했으며 각 섹션은 Wichita가 Everett의 Boeing FAL에서 즉시 통합할 준비가 되도록 합니다. 보잉은 현재 매달 12대의 787을 생산하고 있으며 2019년까지 매월 14대를 생산할 계획입니다. 이는 광동체 항공기로서는 이례적으로 많은 수입니다.
Sanchez는 Spirit이 거의 10년 동안 개발 단계에서든 실제 생산 단계에서든 Section 41 제작에 대해 작업해 왔다고 말합니다. 존재했을 수 있는 모든 버그, 꼬임 및 특이 사항은 오래전에 식별되어 해결되었습니다. 그는 월 14척의 건조 속도를 충족하는 것이 문제가 되지 않을 것이라고 말합니다.
투어가 섹션 41 제조 시설을 떠날 때 CW Spirit의 고급 연구 책임자인 Pierre Harter와의 회의를 위해 외부 건물로 안내됩니다. 현재는 없어진 미국 콜로라도주 덴버 소재 Adam Aircraft와 Bombardier(캐나다 몬트리올주 QC)의 엔지니어이자 위치타 주립대학교 졸업생인 Harter는 CW를 이끌고 있습니다. 설명이 필요 없는 다중 복도, 다중 문이 있는 건물로 보이지만 스피릿의 복합 재료 연구 및 개발 노력의 중심임을 재빨리 드러냅니다.
Spirit의 Section 41 제조 라인이 정교한 만큼 10여 년 전의 새로운 복합재 제조 기술을 사용한다는 점은 부인할 수 없는 사실입니다. 항공 우주 자격(비용 및 시간 모두) 및 제조 인력의 현실은 Spirit 및 공급업체와 마찬가지로 항공기 구조에 대한 제조 기술을 조기에 정착시킨 다음 프로그램 기간 동안 이를 고수합니다. 따라서 장비와 재료를 업그레이드하는 능력은 복합 재료 제조 기술의 최근 발전에 상관없이 제한되는 경우가 많습니다.
따라서 Harter의 임무는 새롭게 부상하는 복합 재료 및 기술을 평가하고 차세대 항공기에 적합한 재료를 결정하는 것입니다. 실제로 787과 Airbus A350이 생산됨에 따라 전체 상업용 항공우주 공급망은 차기 주요 상업용 프로그램을 기대하느라 바쁘고 회원들은 OEM이 그들로부터 필요로 하는 지식과 전문 지식을 습득하도록 하고 있습니다.
일반적으로 통념에 따르면 공식적으로 발표된 다음 프로그램은 보잉의 단일 통로, 쌍발 엔진 NMA(New Middle-Market Airplane)로 757을 효과적으로 대체할 것이라고 합니다. 이 비행기는 2025년경에 시장에 진입할 것으로 예상됩니다. 그것은 확실히 합성물을 사용할 것입니다, Spirit의 R&D 팀 앞에 질문은 얼마입니까? 어디에? 그리고 어떤 종류? 아직 아무도 답을 알지 못하므로 Harter와 그의 팀은 모든 옵션을 평가하고 있습니다. 따라서 Spirit에서 개발 중인 재료, 장비 및 프로젝트의 배열은 현재 어지럽습니다. "우리는 다양한 프로젝트를 진행하고 있습니다."라고 Harter는 말합니다. “오토클레이브 외부, 고속 RTM, 열가소성 수지, 혁신적인 툴링, 인라인 검사, 파이버 스티어링. 우리는 OEM이 필요로 하는 모든 것을 준비하고 싶습니다.”
Spirit Wichita 복합재료 연구실의 중심은 16-spool(0.125-, 0.25-, 0.5-inch tows) Electroimpact AFP 기계로 Harter는 이 기계가 인라인 자동화 검사의 사용에 대한 무역 연구를 수행하는 데 사용된다고 말합니다. 프로토타이핑을 포함한 다양한 기타 활동. Harter는 자동 검사 시스템의 목표는 AFP 기술자가 손전등을 들고 문제가 있는 랩, 간격, 주름 및 FOD를 찾는 것을 둘러보며 이전에 목격했던 시간 소모적이고 힘든 작업을 제거하는 것이라고 말합니다.
Harter는 Spirit이 Aligned Vision(Chelmsford, MA, US)의 LASERVISION 시스템을 평가하고 있다고 말합니다. 이 시스템은 Spirit으로 하여금 무엇이 진정한 결함이고 무엇이 아닌지 재고하게 하고 "결함을 특성화하는 방법을 재고하게"합니다. 그는 이 시스템이 올해 말까지 생산 현장에서 가동될 수 있다고 말했습니다.
AFP 시스템 외에도 Spirit은 다양한 수준의 기술 준비 상태(TRL)에서 다양한 다른 프로젝트를 진행하고 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
<울>Harter는 다른 연구 분야에는 스티칭된 프리폼, 로봇식 AFP/ATL 및 AFP 헤드 혁신이 포함된다고 말합니다. 후자는 2년 안에 AFP 레이다운 비율을 두 배로 늘리겠다는 Spirit의 2016년 말 도전에서 성장했습니다. Harter는 그와 그의 동료들이 이 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로 "로봇 프로세스가 최적화되면 헤드/머신 기술의 한계에 부딪힌다"는 사실을 발견했다고 말합니다. . Spirit은 총 처리량을 증가시키도록 설계된 기술에 대해 Electroimpact 및 재료 공급업체와 협력하고 있습니다.
Spirit Wichita 투어의 마지막 목적지는 재료 및 구성 요소 테스트입니다. 당연히 Spirit은 MTS Systems Corp.(미국 미네소타주 Eden Prairie)에서 제공하는 15개의 기계 시험기(11-50 kip 기능), 환경 시험 챔버, 스트레인 게이지 기능, 계측 시스템 및 하이 베이를 포함하여 강력한 기능을 갖추고 있습니다. 본격적인 구성 요소 테스트를 위한 공간 - 날개 구조와 역추력 장치는 CW 동안 활성 스트레스를 받았습니다. 방문하십시오.
투어가 끝나면 작별 인사를 주고받고 Spirit AeroSystems의 거대한 Wichita 캠퍼스는 CW에서 물러납니다. Spirit의 상당한 복합 소재 능력을 감안할 때 이 주요 항공 제조업체가 향후 10년 동안 어떤 모습을 보일지 궁금해하기 쉽습니다. 전 세계 항공 우주 세계에서 해당 기능 제품군은 틀림없이 타의 추종을 불허합니다. Spirit AeroSystems는 미래가 무엇이든 준비되어 있는 것 같습니다.
수지
로봇은 수년 동안 항공우주 산업에서 사용되어 왔으며 현재 도장 자동화의 두 가지 주요 이점인 속도와 정확성 때문에 그 어느 때보다 많이 활용되고 있습니다. Robotxworld.com의 2013년 6월 기사에 따르면 보잉은 로봇을 사용하여 777 비행기의 166피트 날개를 칠하고 있습니다. 이 프로세스는 인간 작업자가 최대 4시간 30분이 걸리는 반면 로봇은 24분 안에 완료할 수 있습니다. 이러한 속도는 페인팅 프로세스 자동화의 매력적인 이점 중 하나입니다. 페인팅 자동화의 또 다른 이점은 무엇입니까? 오버 스프레이 부족. 로
저명한 엔지니어 Kai-Parthy는 3D 프린팅 FDM을 위한 최초의 반사 필라멘트를 개발하기 위해 3D 프린팅 필라멘트 세계의 새로운 장벽을 통과했습니다. Reflect-o-Lay 필라멘트는 빛의 역반사 원리에 따라 만들어집니다. 반유연한 폴리머와 수백만 개의 작은 반사 입자의 조합은 어두운 환경에서 빛을 반사하는 능력을 크게 향상시킵니다. 이 수백만 개의 반사 입자는 필라멘트의 외부 표면에 점을 생성하고 한 번 인쇄하면 Reflect-o-Lay로 생성된 조각에 직접 영향을 미치는 빛이 빛의 파면을 광원에 다시 반사시킵니다.
