Hexcel與A&P攜手NIAR,共建編織復合材料結構FAA認證框架

 為推動美國國防部(DOD)軍機實現高性價比、高量產效率的復合材料結構制造,Hexcel公司(美國康涅狄格州斯坦福德市)正與A&P技術公司(美國俄亥俄州辛辛那提市)展開戰略協作,雙方聯合參與由美國空軍研究實驗室(AFRL)資助的 “經濟可持續組件建模”(MASC)研究項目,并攜手威奇托州立大學國家航空研究中心(NIAR,美國堪薩斯州),共同開發基于Hexcel IM7 24K碳纖維與1078-1樹脂體系的編織復合材料結構認證方法。


Hexcel 美洲區及全球纖維業務總裁林登?史密斯表示:“我們與 A&P 技術公司的合作,是在高量產效率交付符合適航標準的關鍵復合材料預成型體領域邁出的重要一步。通過將我們先進的纖維與樹脂技術,與A&P技術公司的編織工藝專長相結合,我們正為下一代高性能軍用及商用飛機結構的研發提供助力。”


A&P技術公司憑借其自主研發的編織設備生產線,專注于工程編織增強材料制造,目前已具備高量產效率生產大型飛機編織復合材料結構的能力。此次合作的核心目標之一,是制定可被美國聯邦航空管理局(FAA)認可的復合材料規格標準、設計數據及認證方法 —— 這一成果將推動商用飛機制造商采用這種高性能、低成本、高量產的預成型體及零部件制造技術,同時助力該技術在軍用飛機平臺的落地應用。


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編織技術降本增效,已應用于軍機部件制造


目前,霍桑復合材料公司(Hawthorn Composites,美國俄亥俄州邁阿密斯堡市)已采用這種編織與樹脂灌注工藝,為克拉托斯 XQ-58A “女武神” 無人機生產進氣道。此前,在 “易耗飛機主結構制造設計”(DMAAPS)項目框架下,霍桑復合材料還通過類似工藝為該型無人機制造了全尺寸機翼與機身,并最終配合美國空軍研究實驗室完成了成功的全尺寸地面靜態測試。


美國空軍研究實驗室的獨立分析顯示,相較于傳統手工鋪設預浸料與熱壓罐固化工藝,在這類零部件制造中采用編織及立體編織技術,可實現 57% 的成本節約,同時將人工操作時間減少 67%?;羯秃喜牧瞎臼紫瘓绦泄贉?馬格拉夫(Tom Margraf)指出:“近凈形編織預成型體與立體編織技術,是幫助美國國防部實現‘經濟可承受的大規模軍機解決方案’愿景的關鍵技術。”


立體編織技術的核心優勢在于,能夠沿零部件長度方向(包括具有復雜曲率的部件)實現可控且可預測的纖維排布變化。盡管纖維角度變化會導致材料力學性能產生差異,但這種可控的結構設計可實現性能變化的精準預測,并構建清晰的設計邊界范圍,為后續認證奠定技術基礎。

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以復雜部件為基礎推進認證,加速技術落地


此次認證框架開發將以NIAR、A&P技術公司與纖維動力公司(Fiber Dynamics,美國堪薩斯州威奇托市)聯合生產的復合材料作戰無人機進氣道設計為基礎。該進氣道的復雜曲率特征,代表了一類亟需FAA認證路徑的飛機結構 —— 唯有通過認證,才能充分發揮立體編織技術在量產效率上的優勢。


A&P技術公司與NIAR的負責人均表示,目前已建立可實現 “每班次生產多個進氣道預成型體” 的量產流程,這為認證推進與技術推廣打通了關鍵路徑。NIAR航空系統先進技術實驗室(ATLAS)主任沃魯納?塞納維拉特納博士(Dr. Waruna Seneviratne)強調:“在 MASC 項目下開發的立體編織蛇形進氣道,充分展現了合作伙伴的技術實力,也證明了現代編織復合材料技術對航空創新的推動作用。目前,我們正結合特定航空主機廠的反饋,為基體系統制定初步設計參數,這將大幅加快全面鑒定與認證的進程。”


A&P 技術公司總裁安迪?海德(Andy Head)對此次合作充滿期待:“能與Hexcel攜手推進這一計劃,我們感到十分振奮。我們的聯合技術,為原始設備制造商(OEM)提供了極具吸引力的解決方案 —— 可在復雜幾何結構的復雜載荷路徑上,快速且穩定地完成纖維鋪設。該項目將驗證,通過這種技術制造的結構,其建模與認證難度可媲美傳統技術,同時突破傳統技術在量產效率上的瓶頸。”