DigiProp Mendorong Inovasi Berkelanjutan untuk Dowty Propellers dan Pelanggan

Dowty Propellers (Gloucester, Inggris), pemimpin global dalam sistem propeller komposit dan bagian dari GE Aviation (Cincinnati, Ohio, AS), telah mengumumkan penyelesaian sukses dari program riset dan pengembangan propeller terbesarnya: DigiProp. Dowty memimpin program "Digital Propulsion" empat tahun senilai £20 juta yang bertujuan untuk menginovasi setiap aspek desain, manufaktur dan pengujian sistem propellernya.

Pengembangan metode pengujian untuk lebih baik mewakili lingkungan operasi telah menjadi area fokus dalam program DigiProp. Foto kredit: Dowty Propellers

DigiProp didanai oleh pemerintah Inggris, dalam kolaborasi dengan tiga pusat High Value Manufacturing Catapult di Inggris: Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC, Sheffield) milik The University of Sheffield, The Manufacturing Technology Centre (MTC, Coventry) dan The National Composites Centre (NCC, Bristol). Kemajuan yang dicakup mencakup penskalaan triaxial braiding untuk struktur geometri kompleks, pengembangan proses termoforming busa otomatis sebagai alternatif untuk cetakan atau pemesinan serta penggunaan sukses pemotongan ultrasonik robotik untuk preform serat karbon. Pengembangan tambahan meliputi:

• Triaxial braiding dikembangkan hingga skala industri, memanfaatkan properti direksional komposit lanjutan untuk memberikan performa dan kekuatan, sambil memaksimalkan manfaat properti ringan untuk memungkinkan pengurangan berat blade secara keseluruhan.
• Komposit termoplastik dikembangkan, memungkinkan daur ulang, pengurangan limbah dan penggunaan ulang alat cetak, yang mendorong gerakan menuju netralitas karbon.
• Perkenalan digital twin selama pengembangan pabrik baru Dowty Propellers tidak hanya mengoptimalkan footprint pabrik tetapi juga mengidentifikasi bottleneck proses untuk mengurangi waktu manufaktur dan konsumsi energi, meningkatkan performa yield pertama kali dan mempercepat waktu ke pasar untuk pelanggan.
• Melalui model data kompleks, perbaikan performa aerodinamis dan akustik sekarang tersedia untuk pelanggan Dowty Propellers dan penciptaan digital thread telah mendirikan fondasi untuk penggunaan big data.

AMRC tentang termoforming busa, pita dan pemotongan ultrasonik

"Melalui program DigiProp, AMRC Composite Centre telah dapat mendorong batas apa yang mungkin dengan manufaktur komposit," kata Dr. Matt Smith, pemimpin teknis untuk simulasi komposit di AMRC. "Dengan termoforming busa, tingkat kompleksitas ini bukan sesuatu yang kami lakukan sebelumnya di AMRC. Dowty Propellers sangat tertarik dan terkesan dengan hasilnya dan ingin melanjutkan pekerjaan ini setelah akhir DigiProp."

Sel robot KSL AMRC dengan penangkat pisau ultrasonik. KukaSim digunakan untuk menentukan posisi ideal untuk alat untuk jalur pemotongan optimal. Foto Kredit: Dowty Propellers, AMRC

"Kami juga berhasil mengembangkan kemampuan pita triaxial kami," kata Smith, "mengatasi tantangan penskalaan manufaktur. Kami memulai dengan percobaan skala kecil di University of Manchester dengan struktur tabung sederhana dan berprogresi ke geometri airfoil nyata dengan pita yang dapat mengikuti bentuk kompleks yang ditentukan oleh Dowty Propellers."

Tim AMRC Composite Centre juga telah membuktikan keberlayakan menjahit tumpukan material sebelum dibentuk. Ini diikuti oleh pemotongan ukuran menggunakan pisau ultrasonik yang dipasang pada lengan robot. "Pemotongan ultrasonik sangat berhasil," kata Smith. "Manfaat teknologi ini adalah tumpukan material stabilisasi dengan cara yang efisien dan proses pemotongan ultrasonik dapat menangani kebutuhan pemotongan multiaxis."

"Model sistem propeller parametrik yang kami kembangkan memungkinkan kami untuk menggunakan variabel yang jauh lebih banyak daripada yang dapat dihitung oleh pikiran manusia, memungkinkan kami untuk menyediakan ribuan tahun perhitungan manual dalam beberapa minggu," terang Jonathan Chestney, pemimpin rekayasa di Dowty Propellers. "Ini memberi pelanggan kami respons desain yang lebih cepat dan tingkat optimisasi desain yang lebih tinggi dari sebelumnya."

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

NCC tentang commingled carbon/TP dan bladder molding

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

N kemudian merancang dan memproduksi prototipe skala penuh dari blade propeller pesawat turboprop serta proses manufaktur baru yang menggabungkan bladder molding dengan triaxial braiding dari penguat termoplastik dan serat karbon yang dicampur. Untuk sistem bladder, cetakan lumbung yang dilapisi silicone digunakan sebagai mandrel untuk overbraiding.

Berkurang komposisi material yang berbeda harus diuji karena blade perlu tahan lama dan bebas dari cacat permukaan. Preform serat kering juga perlu mempertahankan bentuknya dan tidak boleh meredam, merubah bentuk atau bergerak saat dilapisi di sekitar mandrel. Ini untuk memastikan posisi dan perataan serat yang benar untuk memenuhi niat desain blade dan persyaratan performa.

Proses manufaktur untuk blade termoplastik memerlukan pengembangan mandrel rigid untuk pita yang dapat dengan mudah dikeluarkan dari cetakan tetapi memiliki balon silicone yang dapat ditiup tetap tinggal setelah preforming. Yang terakhir akan memungkinkan penerapan tekanan internal untuk konsolidasi selama pengeringan. Cetakan lumbung yang dilapisi silicone memberikan solusi, tetapi ketebalan silicone harus dioptimalkan untuk mencegah kegagalan balon dan konsolidasi yang tidak lengkap dari blade komposit.

Dengan menggunakan termoplastik, NCC mengurangi siklus pengeringan menjadi sekitar lima menit dibandingkan empat jam untuk resin epoksi termoset tipikal. Dalam satu iterasi, NCC menghapus inti busa dari konstruksi blade, mengamati pengurangan berat dan peningkatan dalam umur lelah dan resistensi dampak. Enam prototipe blade propeller dikembangkan secara keseluruhan, membangun dan meningkatkan teknik desain dan manufaktur setiap kali.

NCC 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 rongga lainnya. Contoh meliputi komponen komposit yang dapat didaur ulang secara ekonomis untuk kendaraan listrik listrik kecil. Pekerjaan ini telah mengarah pada proyek lebih lanjut, Novel Composite E-Bike, di mana NCC telah bekerjasama dengan produsen sepeda gunung berbasis Bristol Starling Cycles dan Composite Braiding, pemimpin dalam teknologi pita komposit termoplastik.

Teknologi masa depan diterapkan sekarang

"Ini adalah proyek penelitian terbesar yang pernah kami lakukan di Dowty dan tidak bisa datang pada waktu yang lebih baik," kata Henry Johnston, President di Dowty Propellers. "Kami sekarang memiliki suite teknologi canggih baru, sehingga kami berada dalam posisi yang baik untuk akselerasi platform berkelanjutan yang terjadi pasca-Covid."

"Proyek ini telah menghadirkan inovasi dalam performa dan biaya penggerak melalui desain dan produktivitas yang telah membantu mengubah R&D untuk propeller," kata Mark Scully, Kepala Teknologi untuk Sistem & Penggerak Lanjutan di Aerospace Technology Institute. "Dengan bantuan mitra High Value Manufacturing Catapult, inovasi manufaktur telah diterapkan di fasilitas terbaru Dowty di Gloucester."

Langkah besar dalam kemampuan manufaktur yang dilakukan oleh konsorsium ini membuka peluang baru untuk menumbuhi basis manufaktur propeller penerbangan Inggris dengan memanfaatkan teknologi komposit dengan digitalisasi industri untuk memotong biaya produksi dan meningkatkan performa sistem penggerak masa depan di sektor penerbangan Eropa senilai €200 miliar.

Dowty Propellers sekarang mulai menggunakan teknologi yang direalisasikan dalam DigiProp untuk aplikasi pesawat yang berkembang dan untuk menargetkan platform generasi berikutnya. Pelanggan potensi mendapatkan manfaat dari kemampuan perusahaan untuk mendukung studi perdagangan dengan waktu putaran cepat untuk analisis performa.

Dowty menjelaskan bahwa DigiProp tidak akan mungkin tanpa dukungan dan pendanaan dari ATI Program, investasi bersama pemerintah Inggris dan industri untuk memelihara dan meningkatkan posisi kompetitif negara dalam desain dan manufaktur sipil penerbangan. Program ATI, yang diselenggarakan melalui kemitraan antara Aerospace Technology Institute (ATI), Department for Business, Energy & Industrial Strategy (BEIS) dan Innovate UK, mengatasi tantangan teknologi, kemampuan dan rantai pasok.