Создание ниши через новое, непохожее и сложное

Как и многие компании, производящие композитные детали и конструкции, Van Horn Aviation (VHA, Tempe, AZ, США) подошла к этому материалу с небольшим опытом и знаниями, но с врожденным желанием помочь клиентам решать проблемы, готовностью учиться и желание продвигать компанию вперед. По иронии судьбы для Van Horn Aviation все началось с тяги ler - точнее, лопасть ротора.

Джим Ван Хорн основал компанию в Темпе в 2000 году, и его бизнес-план был прост:спроектировать и произвести замену металлических лопастей несущего винта (хвостовой и основной) для вертолетов, которые все еще находились в эксплуатации, но больше не производились. Это казалось хорошей идеей. Bell’s (Форт-Уэрт, Техас, США) UH-1 Huey Например, один из самых продаваемых вертолетов в мире больше не производился, но все еще оставалось тысячи единиц в эксплуатации. Компания VHA изучила лопасть рулевого винта этого самолета и увидела выгодную возможность не только разработать замену, но и лучше . замена. Однако чем больше времени компания VHA тратила на конструкцию лопастей ротора, тем очевиднее становилось, что по-настоящему оптимальная конструкция лопастей требует использования композитных материалов.

«Была только одна проблема, - говорит президент VHA Дин Розенлоф, который присоединился к компании вскоре после того, как двери открылись 18 лет назад:« У нас не было никакого опыта работы с композитами. Мы знали, что для того, чтобы управлять своей судьбой, лучше использовать эту возможность внутри компании. Мы достаточно ответственно относились к дизайну; мы должны быть достаточно ответственными, чтобы сделать это ».

Как дизайнерский дом превращается в производителя композитных материалов без опыта производства композитов? «Все было связано с поставками материалов и поставщиками», - отмечает Розенлоф. Действительно, VHA зависела от нескольких известных поставщиков композитных материалов, которые помогли компании начать свой опыт в области композитов:Toray Composite Materials America Inc. (Такома, Вашингтон, США), Evonik Foams Inc. (Теодор, Алабама, США) и 3M ( Сент-Пол, Миннесота, США) клеи. В конечном итоге, говорит Розенлоф, VHA пришлось просто разобраться в композитах самостоятельно и постепенно накопить собственный опыт в области композитов.

VHA, отмечает Розенлоф, потратила более десяти лет на совершенствование своих композитных возможностей. В ходе этого процесса компания заработала репутацию разработчика и производителя высококачественных, высокопроизводительных и высокоэффективных лопастей ротора, которые превосходят спецификации производителей оригинального оборудования. В результате VHA является сертифицированным Bell поставщиком сменных лопастей - благословение производителя вертолетов, которое тщательно охраняется и пользуется большим спросом. Сегодня у VHA есть три известных продукта:лопасти несущего винта для Bell 206B3 Jet Ranger , лопасть рулевого винта для Bell 206B3 / OH-58 Jet Ranger , и устаревший UH-1 Huey лопасть рулевого винта.

В производственном цехе

После обзора бизнес-стратегии и позиции VHA Розенлоф возглавляет CW на производственный цех компании, где работает большая часть из 28 сотрудников компании. По пути он указывает на некоторых инженеров-конструкторов, которые представляют «секретный соус» VHA. Он отмечает, что компания VHA стала особенно искусной в оптимизации множества конструктивных параметров, которые делают ее продукцию заметной. К ним относятся коэффициент подъемной силы и сопротивления , момент тангажа и вибрация .

Пилоты вертолетов, объясняет Розенлоф, очень чувствительны к «ощущениям», которые лопасти несущего винта передают при работе и полете вертолета, поэтому VHA тратит много времени на летные испытания своей конструкции, чтобы проверить работоспособность.

«Вращающиеся лопасти - это поле напряжения - центробежное», - отмечает он. «И композит ведет себя в этой области иначе, чем металлический клинок». Фактически, лопасти винта вертолета - одна из немногих композитных конструкций в мире, которые теряют преимущество по мере снижения веса. Розенлоф называет это «утяжелителем», то есть лопасть несущего винта, которая не является достаточно тяжелой достаточно ведет себя иначе, чем цельнометаллическая альтернатива. Из-за этого, говорит Розенлоф, все лезвия VHA имеют чрезмерную конструкцию, чтобы снова увеличить вес системы.

Вдобавок ко всему, он говорит:«Люди в аэрокосмической отрасли ненавидят перемены», имея в виду, что переход от металлической лопасти несущего винта к композитной лопасти винта в идеале должен сохранить эксплуатационные характеристики, к которым пилот привык. Это хрупкий баланс, но один VHA умело справился. Однако главное - это безопасность, и в этом отношении компания преуспела. «Сбои во время тестирования и разработки помогают нам улучшать конструкцию лезвий», - говорит Розенлоф. «У нас это хорошо получается. Когда мы идем на рынок, мы должны сначала не навредить самолету и экипажу, а затем посмотреть на улучшение характеристик. Это наша работа ».

Экскурсия оставляет инженеров позади и выходит на участок производства лопастей ротора. Как и во многих цехах по производству композитных материалов, производство в VHA начинается со слоистой резки, которая выполняется на автоматизированной системе плоской резки длиной 3 м, поставляемой Eastman Machine (Буффало, штат Нью-Йорк, США). В основном препрег VHA используется в однонаправленной версии Torayca 2510, которая основана на жгуте углеродного волокна Toray T700G 12K. На внешнем слое лопастей ротора VHA использует ткань Torayca 2510 с полотняным переплетением, основанную на жгуте углеродного волокна Toray T700S 12K. Розенлоф говорит, что VHA имеет хороший опыт работы с препрегом 2510, который можно обрабатывать в автоклаве или из него, он поставляется Toray со склада в качестве товарного продукта и легко доступен у производителя волокна.

Слои, сходящие со стола, комплектуются и подготавливаются к хранению, что является следующим шагом, выполняемым в соседнем чистом помещении. Все лопасти ротора VHA имеют многослойную конструкцию, состоящую из пенопласта Evonik Rohacell, окруженного слоями Torayca UD. Изначально компания VHA производила механическую обработку стержней на собственном предприятии, но в конечном итоге передала ее по контракту с Evonik, которая выполняет работы на своем предприятии в Мобиле, штат Алабама, США.

Layup делается вручную. Лопасти несущего винта укладываются в большую композитную форму в центре помещения. Лопасти рулевого винта размещены на стоячих верстаках. Размещение слоев ориентируется на отметки на форме. Для участков, где углеродное волокно находится в непосредственном контакте с пеной, таких как дублеры и лонжероны, есть углубления, предварительно вырезанные в пенопласте для направления размещения. Компания VHA использует герметики на всех своих лопастях ротора, в том числе, в некоторых регионах, на неотвержденной несиликоновой резине Airtech (Хантингтон-Бич, Калифорния, США), из которой можно формовать герметичные листы и гибкие оправки.

Каждая лопасть ротора, которую производит VHA, включает в себя титановое приспособление для крепления лопасти ротора к мачте лопастей ротора, и это приспособление является важной частью каждой укладки. Изготовленные компанией VHA приспособления требуют дополнительных слоев вокруг них для поддержания целостности лопастей ротора.

Готовые наборы лопастей ротора переносятся рядом с одним из двух автоклавов VHA, каждый из которых имеет длину около 7,3 м. Эпоксидный препрег Torayca, который использует VHA, требует стандартного отверждения при 121 ° C.

После отверждения лопасти ротора поступают в механический цех, где обрезаются до окончательных размеров. Кроме того, в механическом цехе VHA изготавливает почти все металлические детали, используемые в лопастях ротора, включая титановые крепления и никелевые абразивные полосы для передней кромки лопастей ротора. VHA управляет двумя вертикальными ЧПУ, двумя горизонтальными ЧПУ и станком гидроабразивной резки OMAX (Кент, Вашингтон, США). Три ЧПУ поставлены Haas Automation Inc. (Окснард, Калифорния, США); один поставляется DMG Mori Seiki (Нагоя, Япония).

Наконец, VHA проводит тщательные испытания лопастей ротора, которые она производит, и имеет множество приспособлений и испытательных машин, предназначенных для оценки всего, от баланса лопастей до свойств прочности и жесткости. У VHA также есть собственный вертолет Bell 206B, который он использует для оценки динамических свойств лопастей несущего винта, в том числе «ощущения», которое так важно для пилотов.

Когда CW спросил о неразрушающем контроле (NDI), однако Розенлоф отмечает, что VHA этого не делает. «У нас есть качество, зависящее от процесса», - говорит он. «Мы следим за температурой, давлением и временем, и пока мы находимся в пределах спецификации, мы делаем хорошие лопасти ротора». Розенлоф также отмечает, что большая часть процессов и контроля качества VHA сосредоточена на допусках верхней поверхности лопасти ротора, потому что это «функциональная» сторона лопасти ротора и наиболее важна для рабочих характеристик лопасти ротора.

Дальнейшие действия

Лопасти ротора VHA не работают. Компания уже разрабатывает новые продукты, в том числе лопасти хвостового и несущего винта для двухмоторного двухлопастного Bell 212 и двухмоторного четырехлопастного винта Huey . -класс Bell 412. Розенлоф добавляет, что VHA работает над технологиями совместного отверждения, которые могут повысить эффективность производства.

По мере того, как наш тур завершается, Розенлоф отмечает, что, хотя VHA является относительно небольшим предприятием (его управленческий штат и персонал насчитывает 30 человек), компания создала для себя нишу, в отличие от многих других, и сделала это, смело внедрив возможности производства композитов и уверенно. Эта ниша, столь же прочная, как и для VHA, не была построена просто и в этом смысле хорошо заработана. «Мы, - шутит он, - достигли 18-летнего успеха в мгновение ока».