Крупнейший в мире поставщик аэрокосмической промышленности воспользовался возможностью разработать собственные спецификации для препрега из углеродного волокна, установив важный прецедент
Оценка композиционных материалов, особенно препрегов для аэрокосмической отрасли, традиционно считается настолько времязатратной и дорогостоящей, что ее финансирование обычно осуществляется одним из лидеров аэрокосмической отрасли (Boeing или Airbus) или независимой лабораторией, например, Национальный институт авиационных исследований (NIAR) при Уичитском университете (Уичито, штат Канзас, США).
Когда основной изготовитель финансирует квалификационные испытания материалов, спецификации обычно разрабатываются для конкретного применения, но это может ограничить практическое использование данных за пределами указанного применения. Такая лаборатория, как NIAR, используя процесс NCAMP, может разработать утвержденный план испытаний с последующим составлением требований и отчетов об испытаниях для оформления спецификаций материалов, одобренных для применения в авиационной отрасли. Однако из-за недостатка ресурсов NIAR не может аттестовать каждый препрег, выведенный на рынок. Это заставляет отрасль выбирать для оценки NCAMP самые важные системы материалов, хотя они не всегда охватывают все потребности партнеров авиационной отрасли, среди которых могут быть как крупные производители оборудования, так и более мелкие поставщики.
Фокус на AFP/ATL. Квалификационная программа компании Spirit AeroSystems для препрега из углеродного волокна T1100/3960 охватывает использование автоматизированной выкладки нитей (AFP) и лент (ATL).
Компания Spirit AeroSystems (Уичито), крупнейший мировой поставщик аэрокосмической отрасли 1 уровня и, возможно, крупнейший в мире производитель аэрокосмических компонентов, следовала этим традициям, как и весь остальной мир композиционных материалов.
Главным образом, это касалось квалификационных данных, полученных от заказчиков, в число которых входили Boeing, Airbus и другие производители оборудования.
Крис Бошерс, технический директор стратегических программ в компании Spirit AeroSystems, проанализировал рынок материалов и два года назад признал, что существующий порядок не охватывает весь рынок композиционных материалов аэрокосмической промышленности. По словам Бошерса, существует категория авиастроителей, которым не хватает ресурсов для финансирования собственных квалификационных мероприятий, однако имеющиеся материалы, одобренные NCAMP, не соответствуют их потребностям.
Чтобы заполнить этот пробел, компания Spirit AeroSystems решила самостоятельно финансировать квалификационную оценку новых препрегов; тем самым она надеется удовлетворить потребности действующих и потенциальных клиентов, которые не могут позволить себе собственные квалификационные программы. В ходе работы компания хочет создать новую нишу на рынке. “Мы инвестируем в то, что, по нашему мнению, может помочь нашим клиентам, поставщикам и Spirit”, – говорит Бошерс.
Материал от компании Spirit – T1100/3960, среднемодульный препрег для аэрокосмических применений, изготавливается компанией Toray Composite Materials America Inc. (Такома, штат Вашингтон, США) и представлен на рынке с 2017 года. По словам Бошерса, этот препрег был выбран потому, что он обеспечивает на 20% больше жесткости, чем его широкоиспользуемый предшественник (препрег T800S/3900 от компании Toray), но без какого-либо усталостного разрушения, которое обычно сопровождает повышение жесткости.
Благодаря этому сочетанию материал особенно хорошо подходит для авиационных конструкций следующего поколения.
Компания Spirit заключила контракт с NIAR на выполнение квалификационной оценки, которая осуществляется в течение двух последних лет. По словам Бошерса, компания Spirit оценивала возможность производства препрега исключительно для процессов автоматизированной выкладки волокна (AFP); на сегодняшний день данные не охватывают ручную укладку, однако сейчас разрабатывается план проведения испытаний, направленный на то, чтобы ответить на этот вопрос. В процессе работы над допустимыми данными компания Spirit изготовила большую деталь, которая демонстрирует возможности материала в ряде потенциальных применений, включая фюзеляж, крыло и хвостовые конструкции. Бошерс отметил высокую управляемость T1100/3960 как значимую особенность данного препрега.
Податливость препрега. Деятельность компании Spirit AeroSystems по разработке спецификаций для углеволоконного препрега T1100/3960 (Toray) выявила податливость этого материала, что можно увидеть на данном изображении.
По словам Эрика Хейна, старшего директора по исследованиям и разработкам в компании Spirit AeroSystems, инвестирование в NCAMP с целью разработки процессов аттестации разработанных в будущем материалов, предназначенных для производства и внедрения новых самолетов, имеет существенное значение не только для будущего Spirit, но и для будущего авиационной отрасли в целом.
Джефф Кросс, директор по развитию аэрокосмической деятельности в компании Toray, говорит, что препрег T1100G/3690 включает новое волокно, представленное Toray в 2017 году. Волокна семейства T1100 обладают улучшенными прочностными характеристиками по сравнению с ранее разработанными волокнами IM, создавая новый класс волокон под названием IM+. Волокно изготавливается на производственном предприятии компании Toray в Декейтере, штат Алабама, препрег T1100/3960 изготавливается на заводе компании в Такоме. Как следует из названия, оно разработано для того, чтобы заполнить пробел между среднемодульным (IM) и высокомодульным (HM) волокном. Кросс отмечает, что компания Toray ориентируется на высокопроизводительные применения препрега, в том числе в компонентах корпусов и роторов летательных аппаратов вертикального взлета, ракет-носителей и воздушных платформ, чувствительных к изменению массы конструкции.
Кросс говорит, что увеличение модуля материала может обеспечить преимущества для конструкторов коммерческих аэродинамических профилей следующего поколения, которым необходима минимальная толщина тросов и увеличенный размах крыльев.
