新的非熱壓罐工藝將樹脂傳遞模塑與預浸料相結合，用于復雜的直升機零件。

該凈形單元化組件由Radius工程公司（猶他州鹽湖城）制造，是作為SARAP（可生存可負擔可修復機身計劃）計劃的一部分生產的旋翼機艙頂原型零件。 ~250 lb/~120 kg “格柵加勁”組件的底視圖顯示了其四根厚的整體縱梁和幾個較輕的垂直框架以及整體上蒙皮加勁件。

完工艙頂的俯視圖顯示了整體上蒙皮以及轉子變速器的開口和整體支架。艙頂的大致尺寸為9.5英尺×6.2英尺×1英尺（2.9米×1.9米×0.3米），與其他機身部件組合在一起（見第48頁照片）。艙頂部分為減少機身部件數量和重量的預期方法建模。

一個完整的SARAP機身原型，在直升機行業的貿易活動展覽。SQRTM裝配式艙頂組件作為組件的一部分可見，其中還包括其他創新復合材料設計。據報道，西科斯基正在考慮未來直升機制造項目的SQRTM技術。

步驟1. 復雜艙頂零件的鋪層，如早期階段所示，包括在下半模上放置去空隙預浸料和干燥預制件（如步驟3所述）的組合。

步驟2. 艙頂蒙皮的預浸料鋪層已就位，將梁和垂直框架艙頂面的工裝嵌塊網格已同時就位。

步驟3. 這個特寫顯示了垂直和水平元素交叉處使用的“pi”預制件。在垂直加勁肋腹板與梁緣條或零件蒙皮相交的任何地方，pi預制件的兩個支

腿形成一個槽，接受腹板，而垂直預制件元件平放在水平梁緣條或蒙皮上。預制件用于填充腹板和蓋或緣條之間的半徑，用于零件的許多梁和框架。

步驟4. 已完成鋪層，已安裝多個工具鑲塊，并關閉模具。此時，使用與預浸料相同的樹脂進行注射，以保持模具內穩定的靜水壓力。

步驟5. 注射后，開始治療。如圖所示，SQRTM能夠實現更快的加工，因為壓機和工具的更大導熱系數允許更快的加熱和冷卻。RTM固化比熱壓罐循環短兩小時。

步驟6. 固化的艙頂部件從工具底座提起時顯示。工具左側可見加熱壓板壓力機，帶有焊接鋼上下襯墊，磨平至高公差，用于加熱和夾緊工具。

 

目前，非熱壓罐(OOA-out-of-autoclave)加工的趨勢是由制造商生產更大零件以幫助降低制造成本的競爭需求驅動的。盡管在過去幾年中引入了許多OOA材料和方法，但很少有超過SQRTM的優雅，SQRTM是同一合格樹脂傳遞模塑的縮寫。SQRTM由Radius Engineering Inc.(猶他州鹽湖城)開發，目前正在商業化過程中。SQRTM是一種封閉成型方法，將預浸料加工和液體成型相結合，以生產真正的凈形狀、高度統一的航空航天零件。簡言之，SQRTM設計用于在不使用熱壓罐的情況下生產熱壓罐質量零件。

Radius工程公司總裁米特里耶·米洛維奇說：“在過去幾年中，復合材料航空航天部件的規模和復雜性顯著增加。”。“我們設計了一種可行的替代方案，在復制合格熱壓罐工藝的同時提供顯著優勢。”SQRTM方法已成功應用于多個航空航天項目，包括RQ-1B全球鷹無人機(UAV)的翼尖擴展。但迄今為止，最艱難的測試是一個極其復雜的整體式原型直升機座艙頂部，它是根據可生存可負擔可修復機身計劃(SARAP-Survivable Affordable Repairable Airframe Program )生產的，SARAP是西科斯基飛機（康涅狄格州斯特拉特福德）和美國陸軍航空應用技術理事會(AATD，Ft.Eustis，Va.)之間的合作協議。SARAP機身的創新設計和制造(SQRTM裝配式艙頂是其中的一個組成部分)實現了積極的重量減輕和成本降低目標。在座艙頂部的成功工作幫助SARAP虛擬樣機和驗證開發團隊贏得了美國國際直升機協會2008年的Robert L.Pinckney獎（以表彰杰出的波音制造工程師命名），該獎項表彰了垂直飛行飛機或組件制造研發方面的顯著成就。

液態模塑+預浸料

SQRTM與標準樹脂傳遞模塑(RTM)的區別在于，它代替了干纖維預制件，代替了預浸料鋪層。預浸料層布置在模具內，模具關閉，然后，有點違反直覺，液體樹脂注入到工具中。米洛維奇說：“這使得該工藝類似于讓熱壓罐工藝。”他指出，注入的樹脂與預浸料中使用的樹脂相同，因此，采用該工藝的人無需重新鑒定材料。

工具內精密設計的澆口和通道有助于在注射前從疊層中排出空氣，并使注射的樹脂能夠在約100 psi/6.89 bar的均勻流體壓力下沿整個零件邊緣填充所有空腔。“樹脂不是用來浸漬預浸料的，”米洛維奇解釋說，“只是為了在模具內保持一個穩定的靜水壓力。這個壓力保持揮發物和水蒸氣在溶液中，以防止空洞的形成。”

事實上，傳統的熱壓罐工藝有時使用高溫橡膠邊緣擋塊或其他材料作為疊層和裝袋的一部分，以防止樹脂在熱壓罐壓力下從預浸料中逸出——如果有足夠的樹脂擠出，層壓靜水壓下降，疊層內樹脂中逸出的任何空氣或揮發物都會產生空隙。然后，在SQRTM工藝中，注入的加壓樹脂起到“流體壩”的作用，防止樹脂擠出，同時復制固化過程中熱壓罐的固化壓力。

Radius業務開發負責人湯姆·考林聲稱：“使用SQRTM比使用熱壓罐更容易控制層壓質量，因為樹脂靜水壓力直接由樹脂注射器控制，而不是取決于熱壓罐容器內的變量和袋下層壓。”

為了適應其SQRTM工藝，Radius設計并制造了一個大型壓盤系統，該系統配備了高公差的焊接鋼磨平的上下支撐。當加載的雙面工具放置在壓力機內時，下部靠墊由一系列類似于消防軟管的氣囊支撐。

米洛維奇指出，在注射之前，袋子被充氣，迫使下搖枕向上靠著工具和上搖枕，以優化夾緊力。

考夫林說，上部和下部的墊子都是電加熱和水冷的，在治療過程中可以調節溫度。“如果一個工具有一個可變質量，根據零件配置，一個區域比另一個區域厚，”他解釋說，“分區加熱允許壓機在完成工具的完整熱分布后，在較厚的區域施加更多的熱量，以便零件始終看到一致的熱循環。”

SQRTM與RTM類似，在工具上抽真空并加熱壓力機和工具。然而，對于SQRTM，在熱壓罐條件下，以與預浸料相同的升溫速率進行加熱，并通過過程控制器注入樹脂，該控制器還監控和調整壓力機溫度。另外，SQRTM工藝的獨特之處在于所使用的真空度，考夫林補充道，并指出Radius開發的真空泵可產生<0.5 mm/Hg的真空度，這“比標準車間泵所能產生的真空度更高”.

由于壓機和工具的較高熱導率允許更快的加熱和冷卻，因此SQRTM固化周期可比高壓釜周期短兩個小時。

與傳統RTM相比還有其他優點。零件厚度由匹配的工裝控制，避免了真空裝袋過程中固有的潛在厚度變化。從完全浸漬、合格、增韌預浸料開始，消除了注射過程中出現干點的風險，并且需要通過液體樹脂將增韌劑引入零件。此外，由于該工藝嚴格遵循使用先前合格材料的標準熱壓罐處理步驟，因此對客戶來說風險更小，舒適度更高。盡管這種工藝在某種程度上更適合平面型零件，米洛維奇說，SARAP艙室的艙頂表明，非常大的規模，復雜的零件在其范圍內。

網格加筋零件的凈形狀

“我們的重點是凈形狀的部分，”米洛維奇說。“我們正在尋找集成多個零件的方法，以減少裝配勞動、降低成本和重量。”這一理念推動了SARAP項目SQRTM的開發，該項目側重于尋找創新方法，以減少結構重量和緊固件數量，并提高旋翼機零件的損傷容限。除了Radius，SARAP團隊還包括Automated Dynamics(紐約州斯克內克塔迪)和GKN Aerospace Services Alabama(阿拉巴馬州塔拉塞市)。Automated Dynamics制造了熱塑性復合材料下機身組件，GKN制造了機身框架、側蒙皮和后艙壁，并組裝了最終的SARAP技術驗證組件。

為了制艙屋頂組件，預浸料首先被切割成型，以形成大部分零件。艙頂組件中使用的預浸料為氰特的Cytec 5250-4，該預浸料是由于其與Cytec的5250-4液體RTM樹脂具有固有的化學兼容性而選擇的。

預浸/注射樹脂匹配是SARAP艙頂制品的一個重要考慮因素，因為典型的SQRTM工藝有所改變，包括一些干紡織材料的灌注以及預浸料。西科斯基的機身開發項目負責人湯姆·卡斯滕森指出，使用相同的基礎樹脂系統消除了對樹脂混合和可能導致的機械性能潛在變化的擔憂。

配套的單向碳/環氧膠帶和機織物預浸料在工具外部單獨去膠，以去除任何截留的空氣或樹脂濃度的局部區域-通常為材料規定的步驟。根據材料規范，將切割層鋪在加熱的平模胎板或工作臺上，裝袋并置于真空下。11層預浸料堆在達到基于所需減粘水平的最高溫度后約1小時內減粘。然后將去毛刺的鋪層或“書本”轉移到工具上，開始鋪層，這一過程需要兩名技術人員將近兩周的時間才能完成。

在鋪層過程中，預浸料形成零件的腹板和凸緣。這些由編織的三維干燥“π”預制件連接，因其與希臘字母π相似而得名。這些預制件由Bally Ribbon Mills和Albany Engineered Composites制造。在垂直加勁肋腹板與梁翼緣或零件蒙皮接觸的任何地方，pi預制件的兩個支腿形成一個槽，接受腹板，而垂直預制件元件平放在水平翼緣或蒙皮上。預制件的作用是填充腹板和每個零件的眾多梁和框架的蓋或法蘭之間的半徑，提供所需的剛度和強度。

米洛維奇說，隨著工具的組裝，精密加工的工具嵌入件和細節壓縮并整合了每個預制件細節，形成了“凈斜邊”。在三向交叉處，在插入工具以形成斜接接頭之前，對預制件進行手工切割。“我們開發了斜接預成型交叉點的方法，以創建干凈和功能性的接頭。最大的好處是消除了邊緣修整的需要，并且在固化后大大減少了后續零件加工。”

連接儀器并在工具上抽真空后，以熱壓罐規定的升溫速率加熱壓力機，并在升溫過程中停留期間注入樹脂。注射大約需要45分鐘，固化大約需要4小時。米洛維奇說，通過在低于固化溫度約70°F（21°C）的情況下，在工具仍然熱的情況下脫模零件，可以緩解鋁工具的熱膨脹系數問題。

從原型到方案

迄今為止，已成功使用SQRTM生產了三個艙頂組件。由于匹配工具的嚴格公差，零件上的所有表面顯示嚴格的尺寸控制，在±0.005英寸（±0.125 mm）范圍內。固化后只需對梁的邊緣和端部進行微調。因此，西科斯基正在考慮未來升級美國陸軍UH-60直升機平臺的技術，并計劃在其他項目中評估該技術。

西科斯基不是唯一對SQRTM感興趣的航空制造商。波音公司最近發布了涵蓋SQRTM工藝的工藝規范，使用BMS-8-276增韌預浸料進行封閉成型。Radius報告稱，波音公司及其至少一家一級供應商已經對通過SQRTM制造的面板、子元件和全尺寸零件進行了測試，發現其與熱壓罐處理相當。米洛維奇總結道：“它正在被接受，并將引領其他應用程序將多個零件集成到一個組件中，從而節省大量資源。”。

編者按：可生存可負擔可修復機身計劃由航空應用技術理事會和西科斯基飛機公司根據第DAAH10-03-2-0003號技術投資協議提供部分資金。使用此信息并不意味著得到美國政府或陸軍部的認可。

編后語

昨天發了一篇《客艙無窗戶的公務機 -幻影3500》，很快就有同仁回微信表示，對此工藝感興趣。其中原昌飛負責復材龍國榮副總，希望進一步了解細節。為此，將2010年一篇舊文，編譯出來，供同仁們學習、參考！

原文，《SQRTM enables net-shape parts》 2010.8.31

楊超凡 2025.7.1