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第一复合商业喷气机的第一件复合机身部分

美国精神航空系统公司(Spirit AeroSystems)赢得波音(Boeing) 787 Section 41的合同时,就是一家老牌航空供应商。现在它把目光投向了下一代飞机。
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2003年,波音公司(芝加哥,美国)宣布计划后来成为787年来发展的商业客机,多的是这架飞机将是第一个特性机身,翅膀,尾巴和其他主要结构碳纤维复合材料制造,而不是之前几十年的标准铝。然而,同样值得注意的是,波音决定将这些主要结构的制造外包给全球供应商网络,这些供应商将建造完整的组件,每个组件最终都将在波音位于美国华盛顿州埃弗雷特的最终装配线上组装。这些供应商的名单,现在是众所周知的,包括三菱重工和川崎重工(东京,日本),阿莱尼亚航空公司(那不勒斯,意大利)和美国,精神空气系统

勇气公司被选为787的整个前机身——称为第41条——的制造商,其中包括驾驶舱、驾驶舱挡风玻璃、两扇门、9扇乘客窗以及所有的航空电子设备、驾驶舱座椅和线路。第41部分直径6.2米,长12.8米,可以说是飞机机身中最复杂的部分。

Spirit被选为787客机的供应商并不令人意外。该公司的历史可以追溯到1927年,当时航空传奇人物劳埃德·斯特曼将他的斯特曼航空公司从加利福尼亚迁到了威奇托。仅仅两年后,波音——当时被称为联合飞机和运输公司——收购了斯特曼。波音威奇托工厂将继续生产美国历史上最具标志性的军用飞机,包括B-29超级空中堡垒型,同温层喷气机和b - 52Stratofortress.

2005年,当波音公司开始认真开发787飞机的制造时,威奇托园区已经被波音公司出售,并改名为精灵航空系统公司。精灵航空研发和ManTech高级总监埃里克•海因(Eric Hein)认为,该公司拥有全球最大的商用飞机制造能力。现在,该公司在美国(堪萨斯州、俄克拉荷马州和北卡罗来纳州)以及苏格兰、法国和马来西亚都有新的工厂。除了787外,Spirit还为波音的737、747、767和777制造主要结构(主要是金属结构);空客A320、A350(也是复合材料密集型)和A380;庞巴迪的c系列;三菱MRJ;的西科斯基公司CH-53K.(直升机);和钟声V-280.(tiltrotor)。海因表示,Spirit在2017年的营收为70亿美元,还有460亿美元的积压订单。

在公司的成长过程中,威奇托一直是公司运营的核心。它占地600多英亩,拥有150栋建筑,雇佣了10700名员工,本身就是一个制造业城市,有大量的卡车、汽车和穿梭车在校园里运送人员和货物。

787向前机身的制造局限在靠近校园边缘的一座非常大的建筑内。在这里,所有复合材料制造、内部结构安装和系统集成都是在成品运到埃弗雷特进行最终组装之前进行的。

整体机身

CW.该公司负责787客机运营的高级经理José Sanchez带领该公司参观了787客机生产区。美国精神航空系统公司(Spirit AeroSystems)将其787机身的部分作为整体结构,将自动纤维/胶带放置工艺与共固化弦相结合,形成一个整体桶。(值得注意的是,空客后来设计了类似的A350 XWB,机身采用碳纤维复合材料板,而不是整体结构;Spirit在美国北卡罗来纳州金斯顿为A350制造机身面板,然后在法国组装。)

据广泛报道,用于制造787初级结构的复合材料来自于Toray Industries(东京,日本)并使用中间模量T800S纤维的Torayca 3900系列碳纤维增强预浸料。预浸料具作为UD胶带,狭缝胶带(用于自动纤维/带放置)和织物。

787机身设计规定了两种基本复合材料制造操作:纵梁切割和成型和机身皮肤纤维放置。诀窍在于将桁条与光纤放置的皮肤组合起来以实现共固化结构。因此,精神和延伸,波音,波音,对巡回演出的第一次停止所执行的流程附加重要意义:纵梁制造。

这种高度自动化的线路功能美国GFM(切萨皮克,弗吉尼亚州,美国)切割台切割Torayca 3900系列预浸料成层。这些被转移到一个装配台,在那里,布被手工堆叠,由一个架空的指导LAP激光器(Erlanger, KY, US),并准备形成。桑切斯说,这条钢丝生产线体现了精神公司为第41条生产开发的知识产权,是工厂运作的关键部分。

当预制纵梁从纵梁线上下来后,操作员将其转移到相邻的第41节芯轴上,这将成为所有复合材料制造作业的重点。桑切斯说,芯轴的形状和尺寸与前机身部分相同,由碳纤维/双马来酰亚胺(BMI)复合材料制成,由六个部分组成。每个部分沿芯轴的长度横向划分。在每个芯轴部分的表面,也在工具的长度内,都有槽,预成型的纵梁被放入其中,纵梁的平底底部朝外。

在所有的弦都被放置在它们的槽中之后,操作员用一种交织的金属丝织物(IWWF)包裹整个芯轴,由Toray Composites(美国)公司(塔科马,WA,美国),为整个787机身提供雷击保护。然后将整个结构用塑料袋卷膜覆盖。由于心轴通过手动引导的车辆转动到下一个站 - 自动化纤维放置(AFP),这部电影将IWNF和桁条保持在适当的地方,然后用于AFP的自动化纤维放置(AFP)。

也许没有过程已经符号化复合材料在787上的使用超过AFP系统,用于制造机身皮肤。AFP,即使是787个计划曙光,已经使用了多年,所以复合材料制造并不是新的。什么是新的,787年是申请的规模。用AFP制造的很少有综合结构靠近甚至一个787机身段的大小。

当Spirit在威奇托建立787生产线时,AFP是用由英格索罗机床有限公司(罗克福德,伊利安,美国)。但是,在2000年代初,波音开始与自动化专家合作Electroimpact(Mukilteo, WA,美国)的新AFP机器的发展,将具有模块化,可互换的头。每个磁头将存储所有碳纤维线轴,用于特定类型的操作,可以相对容易地更换出来,这取决于所需的胶带宽度。

虽然精神仍然有其原始的英格索机,但它被用于备用作用。这是因为精神最终获得了两个电擦拭机器,以便进行体积41的肌肤制造。Sanchez说电气影响AFP机器,每个机器配备了16阀轴头(0.25-和0.50英寸/ 6.35 - 和12.7毫米的丝束),共同努力将材料施加到心轴上。心轴水平安装并在主轴上转动,而头部沿着每侧横穿,涂抹丝束,主要是在相对较短的,高度令人沮丧的课程中。游客可以很容易地看到,在植物的明亮灯光下,多样化的多角度集合已经放在心轴上。

桑切斯不会透露两台电动机器将所有纤维完全放置多长时间,以便“非常快”。所有AFP操作都由机器上的三个运算符进行管理。一个工作在一个控制展位上,俯视心轴,而另外两个步行在心轴下,手中的手电筒下面,在手中的手电筒下,寻找有问题的差距,圈,圈,不均匀,皱纹和异物碎片(FOD)的表面预应力的丝束。在结构固化之前必须解决/修复缺陷。

下一个停止第41节,追随另一个全面的装袋,是高压灭菌器。精神威奇托经营了两个大量的热设备公司。(TEC,Rancho Dominguez,CA,US)高压灭菌器。机身部分在一夜之间固化,之后,该结构被拆除,六个部分的心轴通过机身宽末端拆卸和移除,部分。

后处理完成

第41节接下来要做的是从一个车站到另一个车站,随着整个结构的完成,需要几天的时间。这包括去mtorres.(Torres de Elorz,西班牙)Torresmill五轴龙门钻孔机,为机身框架和其他内部结构钻孔,以及门开口、窗户和前起落架开口。机身还经过脉冲回波无损检测(NDI)、油漆准备、喷漆、窗户玻璃安装、门安装和所有内部结构/系统安装。安装的第一个内部结构是圆形框架(金属和复合材料),它附着在纵梁和机身蒙皮上。在整个过程中,根据所涉及的活动,第41节在每个站位上下工作。

CW.在访问中,观看了大约30个工作站,每个人都在某些组装状态下举行了第41条结构,每个部分都在埃弗里特的波音法发中准备立即整合。波音目前在每月建造12 787年,并于2019年致力于每月14架 - 一个异常大量的宽体飞机。

桑切斯指出,勇气号在第41节的制造上已经做了近10年的研究——无论是开发还是实际生产。任何可能存在的漏洞、问题和特性都在很久以前就被识别出来了。他说,达到每月14艘船的建造率不会是个问题。

新一代的研发

当参观人员离开41号工厂时,CW.被带到隔壁的大楼,与Spirit高级研究部主任皮埃尔·哈特(Pierre Harter)开会。哈特曾在总部位于美国丹佛的亚当飞机公司(Adam Aircraft)和加拿大庞巴迪公司(Bombardier, Montreal, QC, Canada)担任工程师,毕业于威奇托州立大学(Wichita State University)CW.进入一个看似不起眼、多走廊、多门的建筑,但很快就显示出它是Spirit复合材料研发工作的中心。

尽管Spirit的第41条生产线非常复杂,但不可否认的事实是,它使用的复合材料制造技术在十多年前还是一种新兴技术。航空航天认证(成本和时间)和制造的现实迫使Spirit和其他供应商在早期就确定了一种飞机结构的制造技术,并在整个项目期间坚持使用它。因此,升级设备和材料的能力往往是有限的,不管复合材料制造技术的最新进展有多么有利。

因此,Harter的工作是评估新的和新兴的复合材料和技术,并确定哪些可能在下一代飞机上找到一个家。事实上,通过787年和空中客车A350生产,整个商业航空航天供应链忙于预期下一个主要的商业计划,其成员每人都确保他们获得了OEM需要的知识和专业知识。

传统观点认为,下一个正式宣布的计划将是波音公司的单通道、双引擎新中端市场飞机(NMA,或797),它将有效地取代757。这款飞机预计将在2025年左右进入市场。虽然它肯定会使用复合材料,但勇气号研发团队面临的问题是多少?在哪里?和什么?目前还没有人知道答案,所以哈特和他的团队正在评估所有的选择。因此,目前Spirit正在开发的材料、设备和项目让人眼花缭乱。“我们正在进行各种各样的项目,”哈特说。“高压釜外,快速RTM,热塑性塑料,创新的工具,在线检测,纤维转向。我们希望为oem的任何需求做好准备。”

Spirit Wichita复合材料实验室的核心部件是一台16芯(0.125英寸、0.25英寸、0.5英寸的拖绳)电冲击AFP机器。哈特表示,这台机器被用于对在线自动检测的使用进行贸易研究,以及其他各种活动,包括原型制作。哈特说,自动化检测系统的目的是消除我们之前在参观中看到的耗时费力的工作,即看着法新社的技术人员用手电筒寻找有问题的卷边、缝隙、皱褶和残屑。

Spirit,Harter说,正在评估浪费系统对齐的愿景(Chelmsford, MA, US),这迫使精神重新思考什么是真正的缺陷,什么不是真正的缺陷,“并重新思考我们如何描述缺陷。”他说,该系统将于今年年底在生产车间投入使用。

除了AFP系统之外,Spirit在各种技术准备水平(TRL)中有各种其他项目。这些包括以下内容:

  • 一种形状记忆聚合物工具(TRL 6),
  • 用翼梁部分制作execel的(STAMFORD,CT,US)HITAPE(干纤维)使用RTM(TRL 6),
  • 一种带有嵌入式传感器的注入式晶石,用于现场过程控制,通过热压罐或烘箱固化(TRL 4),
  • 一种由导向AFP和热悬垂成形(TRL 6)制成的框架,
  • 在威奇托州立大学的大面积添加剂制造(BAAM)机器上制造3D印刷工具,供应辛辛那提。(哈里森,哦,我们)。

其他研究领域,哈特说,包括缝合预制体,机器人AFP/ATL和AFP头创新。后者源自2016年末Spirit公司的一项挑战,即在两年内将AFP的弃用率提高一倍。哈特说,他和他的同事们已经发现,在努力迎接这一挑战时,“一旦机器人过程得到优化,你就会遇到头/机器技术的极限,”这意味着限制AFP速度的因素是纤维束分配效率。Spirit正在与Electroimpact和材料供应商合作,以提高总生产量。

精神上的最后一站式威奇托旅游是材料和组件测试。毫不奇怪,精神在这里具有强大的能力,包括提供的15个机械测试机(11-50 kip能力)提供MTS系统集团。(Eden Prairie, MN, US),环境测试室,应变计能力,计量系统和高隔间的全尺寸部件测试-机翼结构和推力反向器在活动应力期间CW访问。

随着参观的结束,大家互相道别,精神航空系统公司巨大的威奇托校区逐渐退去CW出发,很容易,给予精神的相当性的复合材料,想知道下一年是如何寻找这个主要的Aeromanufacturer。在全球航空航天世界中,它的能力套件可以说,可以说,没有平等。似乎,似乎,无论在商店都有什么,似乎都在努力。

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