Краеугольный камень воздушной обороны Израиля готов к более широкому глобальному охвату

Israel Aerospace Industries (IAI) была основана как Bedek Aviation Co. в 1953 году, через пять лет после создания Государства Израиль. Затем, расположенная рядом с аэропортом Лод (ныне известный как Международный Бен-Гурион, к юго-востоку от Тель-Авива), компания начинала с 70 сотрудников. По мере развития Израиля развивалась и компания IAI, которая достигла текущего годового товарооборота в 4 миллиарда долларов США и более 15 000 сотрудников (6 000 инженеров). Это крупнейший промышленный комплекс в Израиле и мировой лидер в области оборонных технологий.

Несмотря на то, что компания известна своими производственными возможностями в области сборки и печати (BTP) / сборки в соответствии со спецификациями (BTS), она является производителем комплексного оборудования для оборонной и аэрокосмической промышленности и может проектировать полные самолеты, проходя через полную летную сертификацию. В частности, компания IAI несла полную ответственность за проектирование и анализ, наземные и летные испытания, производство и сборку G150 . и G280 бизнес-джеты для Gulfstream Aerospace Corp. (Саванна, Джорджия, США). IAI прошла совместную сертификацию G150 бизнес-джет с авиационными властями США, Европы и Израиля.

Производство композитных материалов IAI включает изготовление деталей и сборок для бизнес-джетов и коммерческих самолетов, беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и военных самолетов. Производимые детали включают вертикальные и горизонтальные стабилизаторы, рули направления, конструкции крыла, гондолы двигателей, балки пола, обрамления дверей, структурные переборки, нервюры и ребра жесткости, поверхности управления, обтекатели и обтекатели. Среди производственных возможностей компании - ручная укладка препрега и автоматическая укладка ленты (ATL), горячее формование, отверждение в автоклаве и вне автоклава (OOA), включая процессы жидкого формования, такие как инфузия смолы и литье с переносом смолы (RTM), а также сложная склейка и сборка. Компания также разрабатывает и производит собственное оборудование, имеет все основные сертификаты качества в аэрокосмической отрасли и композитных материалах и обеспечивает контроль качества посредством комплексных неразрушающих испытаний и инспекций.

IAI позиционирует себя как единое окно, предлагая комплексные услуги по проектированию и анализу, проектированию, прототипированию и производству, а также управление сложными цепочками поставок. Его кампус занимает много акров земли и включает множество зданий, в 17 из которых находятся предприятия по производству и сборке композитных материалов.

CW Экскурсию возглавили директор по маркетингу и бизнесу IAI Эйтан Шалит, директор программ исследований и разработок Хари Розенфельд и доктор Зев Миллер, менеджер по композитным материалам и процессам в группе инженерии и разработок IAI. Экскурсии предшествовал обзор компании в новом подразделении Aero-Assemblies Div. корпус производства композитов.

Операции военной авиации и БПЛА

Одна из ключевых программ компании IAI по производству композитных материалов - производство верхней и нижней обшивки из бисмалеимида, армированного углеродным волокном, для внешних крыльев F-35 Lightning II струя. Полностью автоматизированная сборочная линия, построенная специально для этой программы, была открыта в 2014 году (рис. 1). В июле 2016 года компания IAI отметила поставку 10-го комплекта крыльевых конструкций компании Lockheed Martin (Бетесда, Мэриленд, США) и планирует произвести более 800 пар к 2034 году.

Отношения компании с Lockheed Martin начались с военного самолета F-16. IAI изготовила вертикальный стабилизатор для нескольких вариантов F-16. Обложки для этой критически важной для разрушения детали созданы для печати с использованием укладываемого вручную однонаправленного препрега из углеродного волокна и отверждения в автоклаве.

Компания также произвела вертикальный стабилизатор и руль направления для истребителя McDonnell Douglas F-15, который теперь поддерживается компанией Boeing, в котором используются композиты бор / эпоксидная смола. Для Sikorsky (Стратфорд, Коннектикут, США) UH-60 Black Hawk Горизонтальный стабилизатор вертолета, компания IAI разработала однократный процесс изготовления препрега из армированного углеродным волокном полимера (CFRP) для интегрированного композитного бокса длиной 2 м. Эта критически важная для полета конструкция позволила снизить вес и стоимость на 20% по сравнению с предыдущей металлической сборкой. Компания IAI приняла участие от проектирования до первой поставки в течение 9 месяцев 2003 года и на сегодняшний день произвела 1500 комплектов кораблей в своем подразделении RAMTA в Беэр-Шеве на юге.

Компания IAI имеет большой опыт проектирования и производства БПЛА, начиная с модели Scout . дистанционно пилотируемый авиационный комплекс (ДПАС) в 1978 году. Scout за ним последовал Pioneer , Рейнджер и Охотник Самолет, полностью состоящий из композитных материалов, изготовлен из углеродной ткани / эпоксидной смолы мокрой укладки и сотового заполнителя. Позже это перешло на препрег CF и вспененный наполнитель из полиметакрилимида Rohacell (PMI) от Evonik (Эссен, Германия).

Текущее производство включает Searcher Mk III , Bird Eye семейство самолетов Пантера Фиксированное крыло и Hovermast 100 самолеты с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) и Heron семейство беспилотных самолетов. Самый продвинутый вариант, Heron TP , имеет длину 14 метров и размах крыльев 26 метров. Это средневысотный БПЛА большой продолжительности полета (МУЖС), способный летать на высоте 13 716 м в течение 40 часов. «Все авиационные конструкции наших БПЛА на 100% состоят из композитных материалов», - отмечает Миллер.

Композитные материалы для коммерческих самолетов

IAI является поставщиком первого уровня для OEM-производителей коммерческих самолетов и генеральным подрядчиком Gulfstream G280 . бизнес-джет. Он строит «зеленые» самолеты и отправляет их в центр завершения работ Gulfstream в Далласе, штат Техас, США. В 2009 г. CW написал о разработке компанией IAI руля направления RTM для того, что сейчас называется G280 (см. «Витрина RTM:цельный руль направления»). Фактически компания IAI разработала и построила Galaxy / Astra бизнес-джет, права на который компания Gulfstream приобрела в 2001 году, обозначив их как G100 и G200 , соответственно. G280 , последний в этой линейке, вмещает от 2 до 10 пассажиров. Его внешняя поверхность на 35% состоит из композитного материала по сравнению с 12% у G100 . .

G280 горизонтальный стабилизатор представляет собой цельную конструкцию, отверждаемую в автоклаве. Он состоит из предварительно отвержденных стрингеров, приклеенных адгезивом к обшивке из CF / эпоксидного препрега. Вертикальный стабилизатор представляет собой гибридную структуру из алюминия и препрега, автоклавированную, в то время как элеватор представляет собой многослойную конструкцию с использованием оболочек из CF / эпоксидного препрега и сотового заполнителя Nomex. Компоненты руля теперь производятся в NCC (North Coast Composites, Кливленд, Огайо, США) и собираются в подразделении RAMTA IAI в Беэр-Шеве. G280 В обтекателях между крылом и корпусом используется преформа CF, сделанная из ткани полотняного переплетения с одной стороны и не изогнутой ткани с другой, причем два слоя сшиты вместе. Эта преформа и сердцевина из пенопласта Rohacell пропитаны эпоксидной смолой и отверждаются только с помощью вакуумного мешка (VBO) в печи при 180 ° C.

Оборудование для увеличения производства

IAI имеет шесть чистых помещений. Пять из них (общая площадь 3010 м2) принадлежат подразделению Aero-assembly Div., Которое является основным предприятием IAI по производству и сборке композитных деталей. Хотя каждое чистое помещение специализируется на уникальных производственных потребностях своих клиентов, все они оснащены передовыми технологиями укладки:либо машиной для контурной укладки ленты (CTL) размером 16 на 3 м от Fives Cincinnati (Хеврон, Кентукки, США), либо машиной 15- автоматическая машина для укладки ленты (ATL) на 3 м от MTorres (Наварра, Испания) или, для целей ручной укладки, лазерная проекционная система, поставляемая Virtek Vision (Ватерлоо, Онтарио, Канада).

В другом месте на объекте:

• Компания IAI располагает морозильной камерой для препрега емкостью 193 м2. Компания также вложила средства в программное обеспечение для оптимизации общего производства (TPO) Plataine (Уолтем, Массачусетс, США), чтобы оптимизировать не только резку и раскладку препрега, но и использование материалов, сократив расход препрега и сырья на 5%. Кроме того, в этом программном обеспечении автоматизировано производство, что сокращает количество выполняемых вручную задач и связанный с этим риск ошибок.
• Производственные мощности IAI значительны:10 автоклавов, семь из которых принадлежат подразделению Aero-assembly Div. и варьируются в размерах от 4,5 м в длину и 2 м в диаметре до самых больших 14 м в длину и 4,7 м в диаметре.
• Слои препрега удаляются перед отверждением с помощью машины для горячего формования салфеток (6,9 на 2,7 на 3,1 м) от Electrotherm Industry (Migdal HaEmek, Израиль).
• Для неразрушающего контроля композитных деталей подразделение имеет различные машины и методы:четыре машины с погружным ультразвуковым контролем с фазированной антенной решеткой в ​​резервуаре с водой, две портальные машины для сквозного ультразвукового исследования (TTU) и две роботизированные системы 3D, предлагающие на выбор TTU с фазированной антенной решеткой большой площади с водяными брызгами, импульсным эхосигналом с фазированной решеткой с кожными барботерами (слабый поток воды для связи с поверхностью детали) или UT с фазированной решеткой с воздушной связью.

Аэро-сборки Div. также имеет три станка с ЧПУ размером 7 на 3,5 м для обрезки и сверления композитных деталей и общее КИМ оборудование для контроля размеров. Три покрасочных цеха и пять сборочных цехов занимают общую площадь 2 350 м².

Автоматизация RTM

Прямо напротив Аэро-сборки Див. Завод по производству композитов - это здание, в котором размещается лаборатория IAI R&D для RTM, в том числе автоматизированная ячейка предварительного формования (см. Подробнее). «Изначально это было разработано для Bell 525 кресла для вертолетов, - говорит Розенфельд, - но мы могли бы адаптироваться и для других подобных платформ ». Компания IAI разработала технологию предварительного формования совместно с Techni-Modul Engineering (Coudes, Франция), чтобы заменить укладку препрега вручную. В конструкции сиденья, разработанной с учетом требований к аварийности вертолета, используется комбинация подкреплений. Розенфельд объясняет:«Сиденье деформируется вместе с полом во время удара, а затем должно выдерживать максимальные ускоряющие нагрузки». Стекловолокно обеспечивает необходимую гибкость и ударопрочность, а углеродное волокно обеспечивает прочность.

«Это кресло для вертолета было нацелено на обеспечение паритета с базовым препрегом, но мы можем дополнительно оптимизировать его для повышения производительности и легкости», - говорит Миллер. Ячейка оснащена автоматической станцией подачи материала, которая подает арматуру на автомат для резки. Затем робот-подборщик от ABB (Цюрих, Швейцария) перемещает слои сухой ткани на инструмент для предварительного формования. Были разработаны специальные захваты, которые включают датчик, проверяющий, прикреплен ли слой. Рука робота также имеет датчики для проверки положения каждого слоя при его размещении с помощью лазерной проекции. Камера проверяет ориентацию и положение слоя по сравнению со стандартными изображениями, записанными в справочной базе данных.

Литой силиконовый мешок обеспечивает многоразовую вакуумную мембрану во время удаления массы, которое выполняется шесть раз. Затем прессованная преформа переносится в инструмент, где выполняется ультразвуковая обрезка. После формования детали обрезка не производится. Наконец, обрезанная преформа помещается в набор согласованных стальных форм RTM.

В качестве смолы используется однокомпонентная упрочненная эпоксидная смола Prism EP-2400 от Solvay (Брюссель, Бельгия). Сначала он дегазируется, а затем закачивается с помощью установки, поставленной Isojet Equipments (Корбас, Франция). «Обычно вы тратите много времени на очистку линий и форм, но мы сделали установку впрыска очень простой, чтобы у нас было минимальное количество для очистки», - говорит Розенфельд. Смолу нагревают до 80 ° C, чтобы снизить вязкость для улучшения текучести и смачивания волокон во время впрыска. «Это полностью автоматизировано и синхронизировано с прессой», - отмечает Розенфельд. Затем форму, предварительно нагретую до 120 ° C, закрывают, создают вакуум и впрыскивают смолу. Для протекания смолы через преформу используется только вакуум. И температура, и давление в пресс-форме повышаются до 180 ° C и давления 6 бар в течение 2-часового цикла формования ». Форму охлаждают до 50 ° C, открывают и вынимают готовую деталь.

Развитие композитных материалов будущего

В соседнем помещении лаборатории RTM находится испытательное оборудование, в том числе машины для двухкомпонентного литья под давлением для испытания новых смол RTM:НИОКР является важным направлением для IAI. Имеет опыт работы более 86 Многопартнерское сотрудничество, финансируемое ЕС, в том числе:

• Проект TANGO, в ходе которого были продемонстрированы композитные конструкции фюзеляжа, крыла и кессона центроплана. В рамках TANGO компания IAI спроектировала и изготовила три больших крыла из углепластика длиной до 1,7 м со встроенным синусоидальным ребром жесткости и фланцами, отформованными за один прием с использованием не гофрированной ткани и RTM.
• CONDICOMP, созданная для разработки управления состоянием материалов во время процессов отверждения композитов.
• ALCAS, целью которой было снижение затрат на производство компонентов самолетов из композитных материалов.
• IFATS, созданный для увеличения автономности самолетов.

Особого внимания заслуживают еще три программы. В рамках 8-летнего проекта MAAXIMUS, возглавляемого Airbus по усовершенствованию композитных планеров, компании IAI было поручено изучить детали конструкции, в том числе провалы слоев и биения стрингеров (заделки, характерные для производственных разрывов, такие как основные периферийные соединения фюзеляжа), а также изучить варианты их решения. улучшить силу и вес. Для каждой детали компания IAI выполнила прогнозы прочности, используя компьютерное проектирование и инжиниринг (CAD / CAE) и анализ методом конечных элементов, спроектировала и изготовила соответствующие испытательные образцы, а затем сравнила результаты испытаний с анализами. Окончательные результаты были использованы в общей программе для выработки рекомендаций по проектированию и производству самолетов в будущем.

В LOCOMACHS IAI была одной из 31 компаний, которые сосредоточили свои усилия на значительном сокращении или устранении наиболее трудоемких и, следовательно, дорогостоящих, но не добавляющих добавленной стоимости операций по сборке составного планера, таких как временная сборка для проверки зазоров, регулировка прокладок, демонтаж и инструмент. умение обращаться. Компания IAI работала с координатором проекта SAAB Aeronautics (Линчёпинг, Швеция) и партнерами GKN Aerospace (Реддич, Великобритания), Turkish Aerospace Industries (Анкара) и Нидерландским аэрокосмическим центром (NLR, Амстердам) над созданием корпуса Lean Assembled Wing Box (LAWiB) (см. Подробнее) и другие демонстраторы Integrated Wing Box (MIWiB). Он производил стрингеры из CF / эпоксидной смолы с использованием не изгибающейся ткани (NCF), поставляемой SAERTEX (Saerbeck, Германия). Эти стрингеры были прикреплены к обшивке NCF. Полученные в результате детали устранили прокладки на верхней границе раздела обшивка-лонжерон и уменьшили количество крепежных деталей, что на 30% снизило затраты на сборку. Миллер видит возможность использования этих концепций в других конструкциях, включая меньшие крылья и хвосты.

В настоящее время IAI играет ведущую роль в двух проектах Clean Sky 2 с интенсивным использованием композитных материалов:OPTICOMS (оптимизированные композитные конструкции для малых самолетов) и экологичный инновационный планер ECOTECH. В качестве координатора IAI работает с командой OPTICOMS, в которую входят Piaggio Aircraft (Генуя, Италия), Coriolis Composites (Квевен, Франция), DANOBAT (Эльгойбар, Испания) и TechniModul Engineering, чтобы продемонстрировать автоматизацию маломасштабных композитных конструкций для снижения Стоимость. Демонстрационный образец крыла Piaggio Aircraft длиной 7 м отличается цельной конструкцией лонжерона / обшивки, производимой за один выстрел. Оцениваются различные технологии для определения наиболее рентабельного производственного процесса. Один из новых методов - это формование с переносом давления (FPTM). Технология FPTM, разработанная TechniModul Engineering, партнером IAI по созданию автоматизированной ячейки RTM, нагнетает воздух или газ в закрытую полость для создания давления до 10 бар при отверждении термореактивного препрега в подогреваемых согласованных формах. Полученные в результате детали OOA, как сообщается, соответствуют препрегам, отверждаемым в автоклаве, но без необходимости введения дополнительной смолы, как в процессе того же квалифицированного трансферного формования (SQRTM) (см. «SQRTM позволяет получать детали в форме сетки»).

Что касается ECOTECH, IAI вместе с Invent (Брауншвейг, Германия) возглавляет консорциум из 12 членов, которому поручено разрабатывать новые материалы, процессы и технологии рециркуляции для уменьшения воздействия производства самолетов на окружающую среду. В рамках предыдущего проекта экологического дизайна IAI помогла выбрать и разработать технологии для снижения веса, стоимости, энергопотребления, выбросов, опасных материалов и отходов, которые были проверены на трех демонстраторах в 2017 году, что позволило снизить вес на 10-20%. и возможное снижение глобального потепления более чем на 50% по сравнению с нынешней практикой. На заключительном этапе ECOTECH дальнейшее развитие новых материалов и технологических процессов будет подтверждено при производстве четырех демонстраторов - термопластов, термореактивных материалов, металлов и биоматериалов. Эти демонстраторы, а также демонстраторы от OPTICOMS, будут интегрированы в комплексный демонстратор технологий для корпуса самолета Clean Sky 2 (ITD), возглавляемый Dassault Aviation (Биарриц, Франция), Airbus DS (Мадрид, Испания) и SAAB (см. «Демонстраторы термопластичных композитов - Дорожная карта ЕС для будущих планеров »).

Компания также изучает аддитивное производство, мониторинг состояния конструкции и изменение крыльев, а также укрепляет свои позиции в области электрических силовых установок - то, что она считает следующей эрой авиации.

Все это является хорошим предзнаменованием для будущего IAI. «У нас есть уникальное сочетание многолетнего производственного опыта, способности разрабатывать и внедрять передовые технологии композитов и давних отношений как с американской, так и с европейской аэрокосмической промышленностью», - говорит Шалит. «Рынки коммерческой и военной авиакосмической отрасли становятся все более конкурентными, и композитные материалы являются ключевой компетенцией. IAI продолжит предлагать решения и помогать нашим партнерам удовлетворять потребности будущего роста ».