DigiProp memposisikan Dowty Propellers dan pelanggannya untuk platform generasi mendatang yang berkelanjutan

Dowty Propellers (Gloucester, Inggris), pemimpin global dalam sistem baling-baling komposit dan bagian dari GE Aviation (Cincinnati, Ohio, AS), telah mengumumkan keberhasilan penyelesaian program penelitian dan pengembangan baling-baling terbesarnya:DigiProp. Dowty memimpin program “Propulsi Digital” senilai £20 juta selama empat tahun, berusaha untuk berinovasi dalam setiap aspek desain, manufaktur, dan pengujian sistem baling-balingnya.

Metode pengujian yang berkembang untuk lebih mewakili lingkungan operasi telah menjadi area fokus dalam program DigiProp. Kredit foto:Baling-baling Dowty

DigiProp didanai oleh pemerintah Inggris, bekerja sama dengan tiga pusat Catapult Manufaktur Bernilai Tinggi Inggris:Pusat Penelitian Manufaktur Lanjutan Universitas Sheffield (AMRC, Sheffield), Pusat Teknologi Manufaktur (MTC, Coventry) dan The National Composites Pusat (NCC, Bristol). Kemajuan yang dicapai meliputi peningkatan jalinan triaksial untuk struktur geometri kompleks, pengembangan proses thermoforming busa otomatis sebagai alternatif untuk pengecoran atau pemesinan dan keberhasilan penggunaan pemangkasan ultrasonik robot untuk prabentuk serat karbon. Perkembangan tambahan meliputi:

• Kepang triaksial dikembangkan untuk skala industri , memanfaatkan sifat terarah dari komposit canggih untuk menghasilkan kinerja dan kekuatan, sekaligus memaksimalkan manfaat dari sifat ringan untuk memungkinkan pengurangan berat blade secara keseluruhan.
• Komposit termoplastik dikembangkan, memungkinkan daur ulang, pengurangan limbah, dan penggunaan kembali perkakas, yang mendukung upaya menuju netralitas karbon.
• Pengenalan kembaran digital selama pengembangan pabrik baru Dowty Propellers tidak hanya mengoptimalkan jejak pabrik tetapi juga mengidentifikasi hambatan proses untuk mengurangi waktu produksi dan konsumsi energi, meningkatkan kinerja hasil pertama kali, dan mempercepat waktu pemasaran bagi pelanggan.
• Melalui model data yang kompleks, aerodinamis dan akustik peningkatan kinerja kini tersedia untuk pelanggan Dowty Propellers dan pembuatan utas digital telah meletakkan dasar bagi penggunaan data besar.

AMRC pada thermoforming busa, jalinan, dan pemangkasan ultrasonik

“Melalui program DigiProp, AMRC Composite Center telah mampu mendorong batas kemampuan manufaktur komposit,” kata Dr. Matt Smith, pimpinan teknis untuk simulasi komposit di AMRC. “Dengan thermoforming busa, tingkat kerumitan ini bukanlah sesuatu yang pernah kami lakukan sebelumnya di dalam AMRC. Dowty Propellers sangat tertarik dan terkesan dengan hasilnya dan ingin melanjutkan pekerjaan ini setelah DigiProp berakhir.”

Sel robot KSL AMRC dengan lampiran pisau ultrasonik. KukaSim digunakan untuk menentukan posisi ideal pahat untuk jalur pemotongan yang optimal. Kredit Foto:Baling-Baling Dowty, AMRC

“Kami juga berhasil mengembangkan kemampuan mengepang triaksial kami,” kata Smith, “mengatasi tantangan dalam meningkatkan produksi. Kami memulai uji coba skala kecil di University of Manchester dengan struktur tubular sederhana dan berkembang menjadi geometri airfoil kehidupan nyata dengan jalinan yang mampu menyesuaikan dengan bentuk kompleks yang ditentukan oleh Dowty Propellers.”

Tim AMRC Composite Center juga telah membuktikan kelayakan jahitan tumpukan material sebelum dibentuk. Ini diikuti dengan pemangkasan ukuran menggunakan pisau ultrasonik yang dipasang pada lengan robot. “Pemangkasan ultrasonik benar-benar berhasil,” kata Smith. “Manfaat dari teknologi ini adalah tumpukan material distabilkan dengan cara yang efisien dan proses pemotongan ultrasonik dapat menangani kebutuhan pemotongan multiaksial.”

“Model sistem baling-baling parametrik yang telah kami kembangkan memungkinkan kami untuk menggunakan lebih banyak variabel daripada yang dapat dihitung oleh pikiran manusia, memungkinkan kami memberikan penghitungan manual selama ribuan tahun dalam hitungan minggu,” jelas Jonathan Chestney, pemimpin teknik di Baling-Baling Dowty. “Ini memberi pelanggan kami respons desain yang lebih cepat dan tingkat optimalisasi desain yang lebih tinggi daripada sebelumnya.”

AMRC sekarang mencari proyek masa depan di Foam Thermoforming dan Ultrasonic Trimming.

NCC pada campuran karbon/TP dan cetakan kandung kemih

Sebagai bagian dari DigiProp, tim NCC meninjau alur kerja pembuatan blade, mengeksplorasi berbagai teknologi dan proses untuk dapat memasukkan persyaratan blade dan serangkaian batasan geometris untuk menciptakan fleksibilitas sebanyak mungkin dalam desain struktur blade baru.

NCC kemudian merancang dan memproduksi prototipe skala penuh dari bilah baling-baling pesawat turboprop serta proses manufaktur baru yang menggabungkan pencetakan kandung kemih dengan jalinan triaksial dari termoplastik campuran dan bala bantuan serat karbon. Untuk sistem kandung kemih, cetakan lilin yang dilapisi dengan silikon digunakan sebagai mandrel untuk overbraiding.

Berbagai komposisi bahan harus diuji karena bilahnya harus tahan lama dan bebas dari cacat permukaan. Preform serat kering juga diperlukan untuk mempertahankan bentuknya dan tidak melorot, terdistorsi atau bergerak saat dilapisi di sekitar mandrel. Hal ini untuk memastikan pemosisian dan penyelarasan serat yang benar untuk memenuhi tujuan desain blade dan persyaratan kinerja.

Proses pembuatan untuk bilah termoplastik membutuhkan pengembangan mandrel yang kaku untuk mengepang yang dapat dengan mudah dikeluarkan dari cetakan tetapi memiliki kantung silikon yang dapat ditiup tetap setelah dibentuk sebelumnya. Yang terakhir akan memungkinkan penerapan tekanan internal untuk konsolidasi selama penyembuhan. Cetakan lilin berlapis silikon memberikan solusi, tetapi ketebalan silikon harus dioptimalkan untuk mencegah kegagalan kandung kemih dan konsolidasi yang tidak sempurna dari bilah komposit.

Dengan menggunakan termoplastik, NCC mengurangi siklus penyembuhan menjadi sekitar lima menit dibandingkan dengan empat jam untuk resin epoksi termoset biasa. Dalam satu iterasi, NCC menghilangkan inti busa dari konstruksi blade, mengamati pengurangan berat dan peningkatan dalam masa pakai lelah dan ketahanan benturan. Enam prototipe bilah baling-baling dikembangkan secara total, membangun dan menyempurnakan desain dan teknik manufaktur setiap saat.

NCC telah melaporkan bahwa bekerja pada program DigiProp adalah kesempatan unik untuk mengembangkan teknologi manufaktur digital untuk desain blade dengan aplikasi yang lebih luas untuk struktur 3D berongga lainnya. Contohnya termasuk komponen komposit yang dapat didaur ulang secara ekonomis untuk kendaraan udara listrik yang lebih kecil. Pekerjaan ini telah menghasilkan proyek lebih lanjut, Novel Composite E-Bike, di mana NCC telah bermitra dengan produsen sepeda gunung yang berbasis di Bristol, Starling Cycles and Composite Braiding, pemimpin dalam teknologi jalinan komposit termoplastik.

Teknologi masa depan diterapkan sekarang

“Ini adalah proyek penelitian terbesar yang pernah kami lakukan di Dowty dan waktunya sangat tepat,” kata Henry Johnston, Presiden di Dowty Propellers. “Kami sekarang memiliki rangkaian teknologi baru yang canggih, membuat kami berada pada posisi yang baik untuk akselerasi platform berkelanjutan yang terjadi pasca-Covid.”

“Proyek ini telah menghadirkan inovasi dalam kinerja dan biaya propulsi melalui desain dan produktivitas yang telah membantu mengubah R&D untuk baling-baling,” kata Mark Scully, Kepala Teknologi untuk Sistem &Propulsi Lanjutan di Aerospace Technology Institute. “Dengan bantuan mitra Catapult Manufaktur Bernilai Tinggi, inovasi manufaktur telah diterapkan ke fasilitas Dowty baru yang canggih di Gloucester.”

Langkah-perubahan dalam kemampuan manufaktur yang dibuat oleh konsorsium membuka peluang baru untuk menumbuhkan basis manufaktur baling-baling kedirgantaraan Inggris dengan memanfaatkan teknologi komposit dengan digitalisasi industri untuk memangkas biaya produksi dan meningkatkan kinerja sistem propulsi masa depan di sektor penerbangan Eropa senilai €200 miliar.

Dowty Propellers sekarang mulai menggunakan teknologi yang diwujudkan dalam DigiProp untuk mengembangkan aplikasi pesawat terbang dan menargetkan platform generasi berikutnya. Calon pelanggan mendapat manfaat dari kemampuan perusahaan untuk mendukung studi perdagangan dengan waktu penyelesaian yang singkat pada analisis kinerja.

Dowty menjelaskan bahwa DigiProp tidak akan mungkin terwujud tanpa dukungan dan pendanaan dari Program ATI, investasi bersama pemerintah Inggris dan industri untuk mempertahankan dan menumbuhkan posisi kompetitif negara itu dalam desain dan manufaktur kedirgantaraan sipil. Program ATI, yang disampaikan melalui kemitraan antara Aerospace Technology Institute (ATI), Department for Business, Energy &Industrial Strategy (BEIS) dan Innovate UK, membahas tantangan teknologi, kemampuan, dan rantai pasokan.