Table of Contents
החלק של הזינוק, או החלק הזנב, תמיד היה אחד המרכיבים התובעניים ביותר של מטוס.זה חייב לספק יציבות כיוון, שליטה על המגרש, ותמיכה מבנית של משטחי שליטה תוך עמידה על עומסים אווירודינמיקה קיצוניים, פלוטר ועייפות.במשך עשרות שנים, יצרנים נשענים על מתכת מסורתית, בצורת נייר, הנחת ידני של סיבים, ומול אינספור כפיפות אלה.
כיום, דור חדש של טכניקות ייצור מתקדמות שינה באופן יסודי את מה שניתן בעיצוב וייצור.טכנולוגיות כגון ייצור תוספים (AM), בקרה מספרית מדויקת של מחשב (CNC) מאצ'ינג, וההפצה המורכבת המתקדמת מאפשרת למהנדסים לייצר חלקים קלים יותר, חזקים יותר ויעילים יותר מאי פעם.
טכניקות מפתח בייצור אדג'ט מודרני
הנוף המודרני של ייצור הזינוק מוגדר על ידי שלוש טכנולוגיות ליבה: ייצור תוספים, דיוק CNC מאצ'ינג, וההפצה המורכבת.כל אחד מביא יכולות ייחודיות שמטפלים באתגרים ספציפיים בייצור מבני זנב מורכבים, מספאם אנכיים לגלגל מתפתלים ועורי זנב אופקיים.
ייצור תוספת (3D הדפסה)
ייצור Additive עבר הרבה מעבר ל prototyping לתוך מרכיבים ברמת הייצור עבור מטוסים empennages. כמה AM תהליכים עכשיו מוסמך עבור חלקי טיסה קריטי, כולל אבקת לייזר היתוך (LPBF) עבור מתכות, קרן אלקטרונים התכה (EBM), ו-SLS לייזר חיטוי לייזר (SLS) עבור חומרים פולימרים גבוהים.
אחד היתרונות המשמעותיים ביותר של AM הוא היכולת לייצר גיאוגרפיות פנימיות מורכבות מאוד, כולל מבנים אטיצ'ה וערוצי קירור תואמים. בהקשר של העלאה, כלומר מעצבים יכולים לייעל חלקים כגון מצעים hinge, Actuator Fits, וטענות עבור משקל ועוצמה כאחד. לדוגמה, משטח טיפוסי עשוי משקע מורכב משקע מוצק של אלומיניום יכול להיות מעיצוב באופן שווה יותר של 40 ceinated כוח.
ייצור תוספתי גם מאחד חלקים רבים לתוך מרכיב יחיד, חיסול ממריצים ומפרקים שהם נקודות כשל פוטנציאלי.רכבה מסורתית של clevis עשוי לדרוש תריסר חתיכות ממותק נפרדות שנטבעו או מבריכים יחד; אותה ההרכבה ניתן להדפיס כמרכיב מונוליטי אחד.זה לא רק מקטין את זמן הרכבה ועלויות בדיקה, אלא גם משפר את החיים על ידי הסרת אתרי ריכוז.
חומרים המשמשים עבור רכיבי הנפקה AM כוללים ⁇ טיטניום (Ti-6Al-4V), ⁇ אלומיניום (AlSi10Mg), Inconel 718 עבור אזורים עתירי זמן גבוהים ליד המנועים, ופולימרים עתירי גבוה סטרנגים כגון PEEK ו- PEKK עבור לא מבנים בולטים של חברות כמו LT:0GEitivedF הוכיחה באופן מסורתי, כולל דרישות 787 של פלדה, כולל ARMK ו-Acc-A, כולל יחידות תחליפיות, כולל TRADTRAD סטנדרטיות, כולל TRADR, כולל TRADLC, כולל יחידות מדידה, כולל תקן כולל TRADR, כולל TRADR, כולל TRADLC, כולל TRADLC, כולל TRAD.
ייצור היברידי - שילוב של תוספים ותהליכים תת-קרקעיים במכונה אחת - הוא גם צובר מתחים עבור חלקי גילוח.בגישה זו, צורה של רשת קרובה מודפסת, ואז בדיוק מכוונת לסובלנות סופית.זה מקטין פסולת חומרית בהשוואה למנצ'ינג משטראט תוך הבטחת הדיוק הממדי הנדרש לממשקי בקרה.
המונחים: CNC Machining
למרות עליית AM, CNC דיוק CNC מטמון נשאר חיוני עבור מבנים גילוח, במיוחד עבור רכיבים מתכתיים גדולים שבו AM עדיין לא עלות-יעילות או שבו תכונות חומריות לטובת סגסוגת סגסוגת ⁇ . מודרני 5-axis CNC מרכזי יכול לייצר משטחים מורכבים, משטחים מצופים, ספארי מוקרן, ועורים מכובשים בממסד יחיד, מקלקל שגיאות שנגרמו על ידי ייצוג חלק.
עבור הזינוק, פריטים קריטיים כגון ספארי ייצוב אופקי, הקצוות אנכיים מוביל קצה, ואת משטח משטח משטח העור הם מכונה באופן שגרתי מסגסוגת אלומיניום גבוהה סטרנגית (למשל, 7075-T6, 7050-T74) או מ טיטניום עבור החזקות בעלות גבוהה. הסובלנות המעורבים לעתים קרובות נמדדת ב מאות של מילימטר, ו-Rammers-Ratol יכול להיות מצמצם כמו מ- 0.8 דונם ל-xicexer.
טכניקות מתקדמות כוללות את FLT:0 (המכונים מילימטרים) 1 ו- (FLT:2-High-speed machiningFLT 3:0), המאפשרות לשיעורי הסרת מתכת גבוהים יותר ללא גרימת חיי כלי או איכות חלקית. שיטות אלה הן בעלות ערך מיוחד עבור רכיבי מונוליטיים ממנצ'ינג אשר מחליפים מאגרי עור גבוהים יותר, לדוגמה, מייצב מסורתי עשוי להיות מייצב משותף עם מבנה משותף יותר ויותר עם מגוון רחב של אלפי רכיבים.
(FLT:0CNC machining הוא גם חיוני עבור פוסט-מעבדים AM חלקים 1Felo הדורש סובלנות הדוקה על פני השטח הזדווגים.אפילו טרקת 3D-מוטבע לעתים קרובות צריך את הפנים הגדלות שלו ונועם חורים שנועדו להשיג את ההתאמה המדויקת הנדרשת עבור פרכסות ברגים.
כדי להבטיח איכות, פעולות CNC מודרניות להעסיק מעבדים פרובינג והתאמה של מאצ'ינג. A בדיקה מודדת את המיקום האמיתי של החלק הגולמי או את פני השטח הממכונה חלקית, ואת נתיב הכלי מותאם אוטומטית לפצות על כל וריאציות.זה חשוב במיוחד עבור מבנים דלים כמו עור זנב, שבו חלק דה במהלך חיתוך יכול להוביל שגיאות ממדיות.
טכניקת ייצור
Composites הפכו לחומר של בחירה עבור מבנים של פיזור כמעט בכל תוכנית מטוס מסחרי וצבאי חדש, מ- Airbus A350 ועד בואינג 787 ו-F-35 Lightning II. סיבי פחמן מחזקים פולימרים (CFRP) מציעים חיסכון במשקל של 20-30% בהשוואה לאלומיניום תוך מתן עייפות מעולה וחסינות קורוזיה.
טכניקות ייצור מורכבות ביותר עבור דמיונות הם FLT:0 (aFP) מיקום סיבים מורכבים (AFP)FLT:1 ו FLT:2automated קלטת הנחת (ATL)FLT 3: 3 (AFP משתמש בראש רובוטי כדי להניח מספר רב של עדרי פחמן טרום-פרו, כל אחד בדרך כלל 1⁄2 אינץ 'ברחבה זה מאפשר את סיביר מדויק וקיבולת מייצבת של 1 ייצוב אחד.
(FLT:0)Resin transfer עובשing (RTM)cioFLT:1) הוא עוד טכניקה מפתח, במיוחד עבור רכיבים קטנים-ל-מימדיום כגון מצעים hinge, רגלים, ו ירידים. ב RTM, סיבים יבשים preform ממוקם עובש סגור, ו resin הוא מוזרק תחת לחץ זה מייצר חלקים מצוינים על שני הצדדים ו פודיום נמוך מאוד של חומרים מסגסוגת גבוהה (Ago-a) מאשר חומרים מטבולית גם כן, כמו גם חומרים מורכבים יותר מאשר חומרים מורכבים.
אחת ההתפתחויות המתקדמות ביותר בייצור אגנמיות מורכב היא השימוש של תרכובות FLT:0thermoplasticsuresFLT:1 (בניגוד לתרמוטסיות, תרמופלסטיקה - כגון PEEK או Polyphenylene sulfide (PPS) חיזקו מחזורי פחמן - ניתן לרכך שוב ושוב בצורת, המאפשר יצירת מהירה ורכבה על ידי שיטות כגון: LT2: LT5 ⁇ ⁇ ⁇ 5) שימושים עבור מסוקים פוטנציאליים אלה לשימוש מכני או במהירות.
(ב) וco-bondingFLT 3:0] הם אסטרטגיות של איסוף אשר עוד להפחית את ספירת חלק, העור והנוקשות (למשל, מחריפים) מחוסנים יחד במבצע חד-משמעי, ויצרו מבנה בלתי-נפרד, כולל עור עם עור ללא פגע או מעצורים, ללא מחסנים כימיים רבים, אשר יוצרו מערכת יחסים חדה יותר, ללא פשטות, וזרימה.
היתרונות של ייצור מתקדם בעיצוב Empennage
אימוץ של טכניקות מתקדמות אלה מספק קערה של הטבות המשתרעות לאורך כל מחזור חיי המטוס, החל מהעיצוב הראשוני ועד סוף החיים.
ירידה במשקל ושיפור יעילות הדלק
ירידה במשקל היא היתרון הברורה ביותר.כל קילוגרם שנשמר במגרש יכול לתרגם את גודל התמיכה המבני הנדרש ואת גודל הזנב, המוביל למסגרת אווירית כללית קלה יותר. עבור מטוס מסחרי גדול, ירידה במשקל 10% במגמנט יכול לתרגם לחיסכון דלק של כמה אלפי דולרים לכל מטוס בשנה.על ידי שימוש במבנים פטיים מטבוליים, סיבים מורכבים, מונוליטיים ממכונות שניתן לחסל כמה אלפיים של רכיבים מהירים של 150% במשקל.
גמישות עיצובית עבור תרכובות Geometries
מעצבים מסורתיים של ייצור מבוזר לצורות שניתן ליצור על ידי התכה, בולים, או מאצ'ינג מ-חיוב. ייצור אדקטיבית מסיר כמעט את כל המגבלות הגיאומטריות, המאפשרות צורות אורגניות, ביוניות עוקבות אחר נתיבי עומס אופטימליים. Composite AFP מאפשר לנטימנט סיבים להשתנות ברציפות, ומאפשרת משתנים-ספנספטיים שיכולים להפחית באופן פסיבי או עיוותים ארומטיים.
שיפור ביצועים סטרקטיים ודלות
חלקי מונוליטיות - בין אם 3D מודפס, ממכונה משטר יחיד, או co-cured מורכב - הם אמינים יותר מאשר אסיפות של חלקים רבים שהצטרפו על ידי מזרזים. חיסול של חורים, rivets, ומפרקים אג"ח להסיר ריכוזי מתח שיכולים ליזום סדקים.
זמן ייצור מהיר יותר וצמצום עלויות
בעוד העלות העליונה של ציוד אוטומטי הסמכה יכול להיות גבוה, העלות של יחידות של חלקים מיוצרים מתקדמים לעתים קרובות נופל מתחת שיטות מסורתיות פעם נפח הייצור הוא מספיק. עבור AM, החיסכון מגיע מפסולת חומרית מופחתת, חיסול של כלי, ואיחוד של אסיפות.ל מרוקחות חוזרים, AFP מפחית עמלה ידנית עד 80% ומאפשרת מחזורי ריפוי מהירים יותר עם חומרים מ- CNC, לעומת זאת, לעומת 40% פעמים עיצוב רגיל, לעומת זאת, לעומת ירידה של מחזורי זמן קצר יותר מ-4% יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת 40% יותר מקצבה יותר מ- 40% יותר מ-4% יותר מ-4% יותר מאשר מהירות גבוהה יותר מאשר מהירות גבוהה יותר מ-4% יותר מאשר מהירות גבוהה יותר מ-ידי מחזורי רכב נמוך יותר מ-4% יותר.
שילוב של תכונות ותפקוד
ייצור אדקטיבית מאפשר שילוב של תכונות פונקציונליות ישירות לתוך החלק - כגון ערוצי חיישן, אלמנטים חימום להגנה על קרח, או חזיונות מצורפים נקודות מצורפים - ללא פעולות משניות. in Complexs, חלקים cocured יכולים לשלב שכבות הגנה ברקים, שכבות לחות אקוסטית, או שילוב של conduits. רמה זו של אינטגרציה מקטין חלק ועבודת הרכב תוך שיפור ביצועי המערכת.
תוצאות חיפוש ויישומים בתעשייה
יצרני מטוסים מובילים כבר פרסמו את טכניקות הייצור המתקדמות הללו על רכיבי גילוח על פני תוכניות רבות.
בואינג 787 Dreamliner
בואינג 787 כולל אגנום מורכב לחלוטין, כולל ייצוב אנכי ואופקי.הפין האנכי מיוצר באמצעות AFP במתקן בואינג בסולט לייק סיטי.תיבת הכספים כולה ממוקמת, וכתוצאה מכך מבנה חד פעמי שמשקל פחות משמעותית ממקביל האלומיניום שהוחלפה על ידי מחקר של FLT:0ComitesWorldFLT, לעומת מספר הפחתת משקל הייצור הקודם, בהשוואה ל-50% מהזמן הקודם.
Airbus A350 XWB
Airbus גם משתמש AFP עבור ה- A350, אבל הם לקחו תרכובות תרמופלסטיות צעד נוסף. A350 מרכיבים זנב כוללים קליפים תרמופלסטיים וצלעות כי הם induction-weled ולא מואצים מבחינה מכנית. גישה זו תועדות באופן נרחב בעיתונים טכניים מן FLT:0SAE International FLT:1 Conference.
לוקהיד מרטין F-35 II ברקיע
תוכנית F-35 משתמשת בחלק גדול של AM עבור הזינוק: דוקטר טיטניום מודפס 3D עבור מערכת קירור החלק הזנב המיוצר במקור מכמה חלקים מוטבע, הדוכס עכשיו מודפס כחתיכת יחיד, צמצום העלות ושיפור האמינות. מחלקת ההגנה של ארה"ב דיווחה כי שינוי יחיד זה הציל 300 אלף דולר לכלי המטוס.
נאס"א מחקר והפגנות
נאס"א חוקרת ייצור מתקדם למבנים של התעלות באמצעות תוכניות כגון FLT:0 Advanced Composites ConsortiumFLT:1 ; חוקרים במרכז המחקר של נאס"א Langley הראו סעיף אופקית 3D-מחדש לחלוטין באמצעות סיבים רצופים-reinforceed thermotrusion.
מגמות עתידיות וסיכויים עתידיים
במבט קדימה, כמה מגמות מתעוררות מבטיח לדחוף את גבולות הייצור של תגמול עוד יותר.
תאומים דיגיטליים ו-In-Process Monitoring
כל תהליך ייצור מתקדם מייצר כמויות עצומות של נתונים - פרופילים זמניים, שבילי מיקום סיבים, רטטי מכונה, מאפייני בריכה התכה. על ידי יצירת תאומה דיגיטלית של החלק והתהליך, מהנדסים יכולים לדמות את תוצאות הייצור ולהתאים פרמטרים בזמן אמת.עבור מבנים מדמיעים, זה אומר כי fin אנכי מורכב יכול להיות פיקוח במהלך AFP ו cocuring כדי לזהות ולתקן את הomas לפני החלק, להפחתת ולהגדיל את קצב חיתוך דרך חיתוך.
עיצוב יצירתי וטופולוגיה אופטימיזציה
תוכנת עיצוב ממנת יותר ויותר בינה מלאכותית לייצר באופן אוטומטי חלק אופטימלי של גיאוגרפיות המבוססות על תנאי עומס.עבור ⁇ והתאמה, עיצוב ניוון יכול לייצר צורות אורגניות כי הם עד 80% יותר מאשר עיצובים מסורתיים תוך עמידה בכל דרישות כוח ונוקשות. עיצובים אלה לעתים קרובות בלתי אפשרי לייצר למעט באמצעות תהליכים תוספים, יצירת סינרגיה מושלמת בין עיצוב ומרקציה.
האסיפה הרובוטית וההערכה
ההרכבה הסופית של מבני הגילוח - שמלווים עור לספארס, התקנת משטחים של שליטה, חסימת חיפוש - הם נשארים בעלי יכולת עבודה - רובוטיקה מתקדמת, כולל רובוטים שיתופיים (רובוטים) ופלטפורמות מניפולציה סלולרית, מפותחים לאימון אוטומטי, להאיץ, לבדיקות מעקב.
חומרים ותהליכים בר קיימא
תעשיית החלל נמצאת תחת לחץ להפחית את טביעת הרגל הסביבתית שלה.הייצור המתקדם יכול לתרום על ידי כך שניתן להשתמש בסיבים פחמן ממוחזרים, ריבאונים המבוססים על הביו-רפואי, ותהליכי ריפוי באנרגיה נמוכה.עבור ההתגלמות, החוקרים חוקרים חוקרים חוקרים לחקור את השימוש ב-FLT:0infusible thermosible thermosible RLT:1 שניתן למחזר בסוף החיים, ותהליכי התוסף שיוצרים אבקה ישירות לתוך התפתחויות חדשות.
ההתכנסות של טכנולוגיות אלה – מרכיבים מורכבים, מורכבים ודיגיטליים – יוצרת מערכת אקולוגית ייצור שבה הזינוק אינו עוד קבוצה של רכיבים דיסקרטיים, אלא מערכת משולבת מאוד, מטובעת מאוד, מהנדסים יכולים כעת לעצב מבנים זנב שהיו יכולים להיות פנטסיה טהורה לפני דור.