Materialele metalice emergente, procesarea și tehnologiile de fabricație oferă o oportunitate importantă de a îndeplini obiectivele actuale de accesibilitate a aeronavei și a motorului cu reacție, datorită costurilor lor inerente ale materialului și caracteristicilor excelente de producție. Dar pentru a îndeplini cu succes obiectivele sistemelor în cadrul acestui nou scenariu bazat pe accesibilitate, este necesară o consolidare a resurselor de dezvoltare a industriei și agențiilor militare și a activităților de implementare a tehnologiei pentru a avea un impact pozitiv asupra infrastructurii de producție și susținere a aeronavelor militare. Pentru a răspunde acestei nevoi, a fost format un consorțiu de producători de aeronave și motoare și companii cheie care furnizează materiale și componente pentru a identifica tehnologii critice la prețuri accesibile metalelor, a dezvolta o foaie de parcurs strategică pentru dezvoltarea accelerată și inserarea acestor tehnologii și pentru a supraveghea executarea activităților de dezvoltare. de către echipe industriale integrate. Scopul Inițiativei de accesibilitate a metalelor este de a reduce costul componentelor metalice cu 50%, accelerând în același timp timpul de implementare pentru aceste componente.

INTRODUCERE

Materialele metalice și tehnologiile de prelucrare sunt esențiale în îndeplinirea obiectivelor de accesibilitate pe termen scurt ale sistemelor de aeronave militare și comerciale. Până de curând, obiectivele de performanță ale sistemului legate de autonomie, accelerație, viteză, manevrabilitate și observabilitate scăzută au fost obiectivele principale în timpul etapelor de dezvoltare a conceptului de sistem al programelor de aeronave. Atingerea acestor obiective de performanță a fost adesea realizată în detrimentul economiei de cost a ciclului de viață.

avioanelor

Pentru a îndeplini acest obiectiv, s-a format o echipă formată din producători de motoare de avioane și motoare cu reacție, furnizori de componente de aeronave și furnizori de materiale pentru a selecta, consolida, eficientiza și valorifica activitățile industriale în curs și viitoare pentru dezvoltarea accesibilă a tehnologiei metalelor. Sub conducerea S.U.A. Direcția Materiale și Fabricare a Laboratorului de Cercetare a Forțelor Aeriene (AFRL), obiectivul Consorțiului Metals Affordability Initiative (MAIC) este de a reduce costul componentelor metalice cu 50%, accelerând în același timp timpul de implementare. Echipa MAIC-Boeing, Lockheed-Martin Corporation, Pratt & Whitney Aircraft, General Electric Company, Honeywell, Rolls Royce-Allison, Howmet Corporation, Brush-Wellman, Ladish Company, Allegheny-Teledyne și Carpenter Technologies-are resursele, experiența și acoperirea întregului lanț de aprovizionare cu metale pentru a dezvolta, demonstra și implementa cu succes tehnologii și procese de fabricație a metalelor care pot oferi economii revoluționare de cost pentru avioanele militare.

Măsurarea exactă a reducerilor de costuri specifice asociate cu schimbarea oricărei abordări date pentru producerea structurii cadrului de aeronave sau a hardware-ului motorului cu reacție a fost problematică atunci când s-a încercat prioritizarea activităților de dezvoltare. Pentru a aborda această problemă, echipa industriei MAIC a folosit o metodă sistematică de evaluare în perechi (software ExpertChoiceTM) pentru a stabili priorități și a selecta subiecte de tehnologie metalică care oferă cel mai mare impact de reducere a costurilor pentru avioane și motoare cu reacție. Mai degrabă decât selectarea activităților programului pe baza unor cazuri individuale de afaceri proiectate, se desfășoară programe care oferă cea mai bună combinație de implementare rapidă, planificare eficientă, risc tehnic gestionabil, echipare eficientă și viabilitate de inserție. MAIC a dezvoltat obiective de accesibilitate ponderate, a identificat și clasificat provocările tehnice legate de îndeplinirea acestor obiective și a produs scoruri pentru diverse subiecte ale tehnologiilor metalice care abordează provocările tehnice. Pe baza acestor activități de planificare, a fost generată o foaie de parcurs pentru a ghida investiția finanțării MAIC și selectarea proiectelor accesibile de dezvoltare a tehnologiei metalelor (Figura 2).

IMPACTUL COSTULUI

O strategie structurată de dezvoltare, demonstrare și implementare este necesară pentru economii de costuri măsurabile și omniprezente. MAIC a realizat o abordare „de sus în jos” pentru a determina căile de dezvoltare care oferă cadrul necesar pentru a asigura o plată maximă din sarcinile tehnologice care ating obiectivele de accesibilitate ale programului. Pasul inițial al acestei abordări este determinarea provocărilor tehnice cheie în proiectarea și producția aeronavelor, care afectează cel mai semnificativ costurile ciclului de viață al sistemului. MAIC a analizat materialele tradiționale, proiectarea și abordările de fabricație utilizate pentru producția de aeronave și motoare.

S-au identificat alți factori critici legați de impactul costurilor, care sunt generici pentru toate componentele și ansamblurile metalice, indiferent de sisteme și aplicații specifice. Acești factori sunt legați de costul calității, care adesea nu este luat în considerare în timpul proiecțiilor inițiale ale costurilor la selectarea materialelor, a proiectelor și a conceptelor de fabricație pentru hardware aerospațial. Exemple sunt impunerea unor cerințe specifice de inspecție care au ca rezultat o eficiență materială foarte slabă (de exemplu, stoc de forjare în exces pentru inspecție sonoră), factori de realizare ridicați din cauza orelor de muncă de inspecție excesive și abordări de fabricație și de proiectare geometrică care necesită prelucrare excesivă și cauzează distorsiuni în timpul operațiuni de fabricație ulterioare. Acești factori critici pot fi rezolvați prin aplicarea unor instrumente de simulare analitică și proiectare pentru a sprijini producția robustă de componente și tehnici avansate de inspecție care simplifică pașii de calificare a componentelor.

Un alt factor care pune accentul este costul ridicat asociat cu utilizarea compozitelor cu matrice organică pentru componente ușoare și performante pe sistemele de aeronave. Câștigurile de performanță obținute prin utilizarea acestor materiale au sacrificat accesibilitatea. Materialele metalice avansate sunt candidați de substituție pentru compozite datorită caracteristicilor de performanță comparabile. Prin menținerea caracteristicilor inerente de accesibilitate ale metalului, acestea pot oferi economii substanțiale de costuri pentru aeronave. Astfel, este imperativ să îmbunătățim continuu eficiența producției și să menținem și/sau să creștem randamentul materialelor metalice avansate emergente.

În plus față de factorii cheie care au fost identificați, selectarea activităților de dezvoltare trebuie să ia în considerare și natura schimbătoare a industriei aerospațiale. Cantitățile de producție din sectorul militar scad, iar achizițiile de avioane de nouă generație sunt rare. În consecință, costurile nerecurente ridicate asociate cu un nou material sau o abordare de procesare pot fi prohibitive din cauza analizelor de echilibru nedorite. Sunt necesare noi materiale și procese metalice care pot renunța la investiții avansate ridicate în timpul implementării componentelor (de exemplu, scule). Din acest motiv, un factor de abilitare critic legat de costurile reduse ale cadrelor aeriene și ale motorului este o considerație principală în stabilirea tehnologiilor care oferă cea mai mare oportunitate de a îndeplini obiectivele de accesibilitate ale acestui program.

Informațiile colectate au fost utilizate pentru a sprijini compararea factorilor legați de costurile aeronavelor și a motorului și ponderarea provocărilor tehnice. Rezultatele studiilor efectuate de MAIC au identificat câteva provocări tehnice cheie care au cel mai mare impact asupra costurilor aeronavei și ale motorului avioanelor militare. Evaluarea efectului pe care diversele subiecte tehnologice metalice îl au asupra îndeplinirii provocărilor tehnice identificate oferă un ghid asupra tehnologiilor care sunt esențiale pentru îndeplinirea obiectivelor de accesibilitate. Folosind rezultatele studiilor de cost-impact produse de ExpertChoice, a fost elaborată o evaluare cuantificată a tehnologiilor metalice cu impact ridicat ilustrate în Figura 2.

ACTIVITĂȚI DE PROIECT MAIC INIȚIAL

Sub sponsorizarea AFRL și a Biroului de Știință și Tehnologie cu utilizare dublă, MAIC inițiază activități tehnice bazate pe rezultatele studiilor MAIC privind impactul costurilor și evaluările tehnologice. Aceste activități au început în august 1999 și sunt direcționate către provocările tehnice omniprezente ale proceselor de fabricație eficiente, proiectării și fabricării colaborative și reducerii numărului de piese. Subiectele selectate pentru dezvoltare imediată sunt considerate a avea suficientă maturitate tehnică și abordează direct criteriile de selecție prezentate de MAIC.