Elbit Systems: ведущие композитные решения для Израиля и США

Elbit Systems Ltd. (Хайфа) — крупнейший израильский оборонный подрядчик, с оборотом 3,3 млрд долларов в 2017 году и бэклогом более 7,5 млрд долларов в 2018 году. Ее активности включают системы и структуры для военных и коммерческих самолетов, наземных машин, внутренней безопасности и множества разведки, электроники и кибер систем. Из 12 500 сотрудников почти 3000 в США, работающих с ее дочерней компанией Elbit Systems of America, которая поддерживает множество локаций, включая штаты Юта и Нью-Гэмпшир и Форт-Уорт, TX, США. И Elbit Cyclone расширилась до дополнительного сайта, называемого Aero-Structure Technologies Cyclone (ATC), возле Тбилиси, Грузия, международного аэропорта, построенного в партнерстве с грузинским правительством. Строительство 12 000 м² объекта, оснащенного двумя автоклавами и ЧПУ обработкой и возможностью НДТ, завершено. «Мы работаем сейчас над квалификацией этой локации с крупными авиационными ОЕМ», — говорит Джонатан Хулати, старший менеджер Elbit Cyclone по бизнес-развитию и маркетингу.

Дочерняя компания Elbit Systems Cyclone базируется на севере Израиля и служит дизайном и производственным центром для металлических и композитных авиационных структур и сборок. Компания стоит на том же сайте, недалеко от Кармиэля, где Cyclone была основана в 1970 году в одном здании для предоставления обслуживания, ремонта и переделки (MRO) услуг для самолетов и вертолетов Израильских ВВС. Спиральный ветер, генерируемый вращающимися лопастями вертолета, вдохновил оригинальное название компании.

К 1980-м годам Cyclone установила композитные способности и начала работу для клиентов за пределами Израиля, строя металлические двери для McDonnell Douglas DC-10 и MD-11 широкофюзеляжных самолетов, и детали для F-15 и F-16 военных реактивных самолетов, а также бизнес-джета Gulfstream G-200.

Elbit приобрела Cyclone в конце 1990-х, инвестировала в компанию, и к 2010 году она утроилась в размере. К 2017 году Cyclone произвела 11 000 алюминиевых дверей для 737 коммерческого самолета The Boeing Co. (Чикаго, IL, США), включая задние входные двери, обе галлейные двери и оба задних и передних грузовых дверей. Затем она заключила прямой контракт с Boeing для производства композитных напольных сборок и деталей для 787 Dreamliner, и с Spirit AeroSystems (Вичита, KS, США) для композитных деталей в фюзеляже Секции 41 того же самолета. Она также поставляет пассажирские напольные балки для варианта Boeing 787-8. Компания теперь признана как Boeing Gold Level Preferred Supplier, высшая награда поставщика Boeing. Cyclone — одна из немногих, достигших этого, и первая за пределами США.

Компания также поставляет детали для дальнемагистральных бизнес-джетов Bombardier (Монреаль, QC, Канада) и различные детали для трех вариантов US-котвенного F-35 Lightning II. Другие заметные в длинном списке клиентов Cyclone включают Lockheed Martin, Sikorsky, GKN Aerospace, Textron, Triumph, Northrop Grumman и Bell Helicopter.

Хулати, хозяин CW для тура, вспоминает: «В конце 1990-х у нас было 400 сотрудников. Теперь мы в пять раз больше в продажах, с 500 сотрудниками. Это возможно благодаря нашему акценту на lean процессах. Большинство того, что мы делаем — build to print, что может не звучать глориозно, но это составляет большую часть нашей отрасли». Хулати добавляет, что требования качества, повторяемости и конкурентоспособности, в сочетании с инвестициями в оборудование и системы качества, необходимыми для встречи производства, делают это жесткой, но интересной позицией на рынке: «Быть аэрокосмическим композитным tier поставщиком — не для слабонервных».

Далеко от слабости, бизнес Cyclone композитов взлетел над ее металлургией в прошлом году, составляя большинство ее производства, с примерно 60/40 разделением. Хулати прогнозирует, что рост продолжится: «В этом году мы, вероятно, перейдем к 70% композитов».

Мастерство деталей

CW тур начинается в главной конференц-комнате сайта, где Хулати дает краткое введение. Производство Cyclone, объясняет он, разделено примерно 50/50 между военными и коммерческими. Коммерческие композитные детали включают двери шасси, начеловые детали, кожи, обтекатели, управляющие поверхности и структурные напольные решетки. Военные композиты включают кожи, двери, филамент-мотанные внешние баки, пилоны, управляющие поверхности и вертолетные спонсоны и воздушные заборники двигателей.

Cyclone также спроектировала внешнее крыло и хвостовой м для средневысотного, долголетного беспилотного летательного аппарата (MALE UAV), летающего на высотах 3048–9144 м для длительных (например, 24–48 часов) продолжительностей. Однако Хулати отмечает, компания не делает много работы по БПЛА уже. «БПЛА обычно малы, используют влажную укладку, что не наша экспертиза», — объясняет он. Есть более крупные БПЛА, сделанные с использованием препрега, но Хулати указывает, что они обычно производятся в меньших количествах или производятся in-house Boeing, General Atomics и другими крупными оборонными ОЕМ. «Мы предпочитаем длинное серийное производство препрег деталей против спорадических программ».

Способности Cyclone по препрег деталям включают вакуумный дебулкинг множественных укладок через горячее драпирование (HDF) и автоклавную отвердку. Неразрушающий инспекционный контроль (НДТ) и ЧПУ обработка отвердевших деталей завершаются на месте, и специальная экспертиза — высокотемповое производство сложных металлических и композитных сборок. Cyclone завершила все авиационные производственные и качественные сертификации (например, AS9100, Nadcap, ISO9001) и разработала способности в филаментном намотании и формовании переносом смолы (RTM).

RTM, фактически, был CW первым введением в Cyclone. Разработка компанией модульного, полностью композитного альтернативы металлическим пассажирским дверям на коммерческих самолетах была описана в 2013 CW статье «Сокращение стоимости интегрированных композитных аэроструктур». Технология использовала RTM и геометрически заблокированные композитные фитинги для достижения FAA-сертифицируемой структуры с очень мало крепежей, 30% экономией веса и 25–35% снижением затрат против алюминия и «черного алюминия» композитных дизайнов. Успешная постройка Cyclone полностью безкрепного композитного двери, а также расширение технологии на более легкие, менее дорогие композитные управляющие поверхности самолета была описана CW в 2016 обновлении под названием «Безкрепные, композитные авиационная дверь и управляющие поверхности». Хулати завершает свои вводные замечания, указывая на безкрепную Дверь №1, на выставке в конференц-комнате. Деталь впечатляет, с высококачественной финишной поверхностью. Затем он ведет путь из здания.

Оптимизированная укладка и тестирование

Хулати ведет тур вниз по холму, затем поворачивает влево в входное помещение производственного здания композитов Cyclone. Несколько деталей выставлены здесь также: обтекатели хвостового ската Boeing 767, крылышко Beechcraft King Air и детали F-35 композитов. Прошли вход, ограниченная чистая комната для оборонного производства остается закрытой слева. Справа, рабочие в чистой комнате для деталей Boeing 787 укладывают препрег для массива деталей, от маленьких клипсов и стойк до сложных J-, I- и C-балок, а также многочастных дверей переднего шасси. Препрег резается с использованием автоматического ткане резака Bullmer Assyst (Уэйкфилд, UK) и машины гильотины для резки толстых стопок под любым углом. Препрег фризер смежен с чистой комнатой. Хулати отмечает, что иногда стопки препрега резаются, комплектуются и кладутся обратно в фризер. Лазерные проекционные системы Aligned Vision (Челмсфорд, MA, США), расположенные по всей чистой комнате, помогают ручной укладке.

Углеродоволокнисто-пластиковые (CFRP) напольные балки укладываются на мужские металлические мандрели. Хулати детализирует оптимизированный процесс: «Мы укладываем препрег стопки сначала, а затем применяем их к мандрелю. Это экономит тонну времени против поштучного нанесения на инструмент. Укладки затем покрываются, с CFRP каулом нашего собственного дизайна, который помогает обеспечить 100% повторяемость деталей».

Горячая драпировочная машина сидит вдоль задней стены чистой комнаты, позволяя дебулкинг множества деталей за цикл. «Я не знаю, как вы делаете этот тип высокотемпового препрег производства без горячего драпирования», — говорит Хулати в ссылке на детали такие как балки и стойки. И тем не менее, он признает, что этот шаг не является узким местом, ни автоклав. «Обработка в конце, после отвердки, является узким местом», — он утверждает, объясняя, что для длинных напольных балок быстрее уложить простой стек и обработать после отвердки. «Автоклав не проблема, потому что мы можем сложить много деталей для отвердки за один цикл», — он добавляет. «Так что мы фактически получаем хороший производственный темп за цикл отвердки».

В большом смежном районе четыре автоклава сидят вдоль задней стены. «Получение правильного размера для ваших автоклавов — хитро», — утверждает Хулати, — «потому что вы пытаетесь балансировать производственный темп и получение достаточно деталей за цикл, с не имея слишком большой объем для нагрева и охлаждения, что занимает время». 3-метровые автоклавы Cyclone, поставленные Thermal Equipment Corp. (TEC, Ранчо Домингес, CA, США), варьируются от 5 м и 10 м в длину до самого длинного, 11 м.

Мезонин над автоклавовым заливом размещает отдел тестирования качества. Здесь тестеры Zwick (Ульм, Германия) имеют климатические камеры для температурного циклирования, требуемого для тестирования материалов, используемых на авиационных управляющих поверхностях. «Эти выполняют температурное и нагрузое циклирование в соответствии со спецификациями ОЕМ», — говорит Хулати. «Мы делаем все тесты in-house и можем выполнять материальные квалификации, потому что почти все наши клиенты посетили и квалифицировали нашу лабораторию».

Он показывает микрографы CFRP радиального заполнителя («лапши»), изготовленного Cyclone, используемого в различных препрег балках. «Это очень сложная проблема, когда вы делаете детали, где фланец балки должен соединяться с стенкой и лапша используется для передачи нагрузки и предотвращения пустот», — объясняет Хулати, ведущий тур во вторую тестовую лабораторию, где маленькие диски полируются и помещаются в тестовое оборудование Tegramin, сделанное Struers (Баллеруп, Дания). «Это тестирует когерентность нашего процесса укладки», — он указывает, подчеркивая, «Мы тестируем это сами, не для встречи каких-либо клиентских требований, а вместо этого чтобы убедиться, что мы делаем хорошо с нашими собственными процессами, придерживаясь наших собственных стандартов качества».

НДТ и обработка

Тур далее посещает смежное объект, который размещает финальное обеспечение качества (QA) и операции обработки. Высокий потолок НДТ зона размещает большую сквозную ультразвуковую (TTU) тестовую машину, поставленную Matec Instrument Cos. (Нортборо, MA, США) слева, полную с водяным распылителем для сцепления звуковых волн с поверхностью детали. «Одна сторона TTU оборудования может передавать и принимать, в то время как другая — только приемник», — объясняет Хулати. «С этим мы можем сканировать средние-большие детали, такие как обтекатель брюха для бизнес-джета, за половину восьмичасовой смены». Он утверждает, что это самая большая TTU система, используемая в Израиле для НДТ, добавляя: «Мы сканируем каждую композитную деталь, которую делаем. Обтекатели иногда могут идти к статистически-основанной инспекции через некоторое время, потому что они вторичные структуры и не полет-критичны, но мы все равно предпочитаем сканировать каждую». В соответствии с этим предпочтением, Хулати отмечает, что Cyclone нанимает двух III уровня техников неразрушающего тестирования (НДТ) для композитов.

Продолжая через лабораторию, справа другая автоматическая ультразвуковая тестовая (UT) машина, сделанная ScanMaster Systems Ltd. (Рош-ха'аин, Израиль). Хотя композитные детали погружены в баки воды здесь также, это не для C-скан системы. Вместо этого баки служат фазированному массиву UT, очень быстрому методу, обеспечивающему большую точность, чем C-скан, но для более простых форм.

По мере того как тур проходит мимо стеллажей деталей в различных стадиях QA процесса, Хулати указывает на инструментарий, хранящийся рядом с НДТ заливом. «Мы проектируем и строим большинство наших инструментов in-house, как металлические, так и композитные, но некоторые клиенты предпочитают поставлять свои. Мы также можем делать изменения в дизайне инструментария для улучшения производства, конечно, только с одобрением клиента».

Через дверь и короткий коридор, тур входит в ЧПУ операции, которые размещают двойные 5-осевые ЧПУ центры обработки, поставленные Breton (Кастелло ди Годего, Италия), компания, изначально основанная в каменнорезательной отрасли. «Компоненты станков Breton построены с защитой от каменной пыли», — говорит менеджер ЧПУ инженерии Тревор Хатсон. «Таким образом, они хорошо работают с CFRP. Мы обнаружили, что деревообрабатывающие ЧПУ машины не были достаточно надежными для наших производственных потребностей».

Хулати указывает, что температура здания поддерживается при 26 °C ±1 °C. «Каждая машина остановится, если любой из ее параметров выйдет из спецификации», — объясняет он. Машины могут обрабатывать детали до 5 м в длину и 2,2 м в ширину с 1 м перемещением в z направлении. Их объемная точность цитируется как 50 микрон (0,002 дюйма).

После завершения обработки, головка координатно-измерительной машины (CMM) переключается и выполняет CMM на детали для финального QA. Это отчитывается и включается с деталью через цифровую систему контроля машины для экономии времени инспекции. «Мы калибруем зонд CMM, затем мы берем измерения детали», — говорит ЧПУ инженер Карин Хартман, которая, вместе с Хатсоном, функционирует как второй ЧПУ эксперт Cyclone. «Это обеспечивает результаты в реальном времени, так что мы можем справиться с любыми проблемами до того, как они мигрируют к более чем одной детали», — добавляет Хатсон. «Это также экономит время, позволяя любую переработку сделать сразу».

Сборка и R&D

Здесь тур выходит из НДТ/ЧПУ здания для прогулки обратно вверх по холму мимо здания, разместившего конференц-комнату, к смежной структуре, которая размещает операции сборки. Хулати указывает на множество сборочных станций, которые производят напольные балки, балку 비행ной палубы, сдвиговую веб-балку и электронное оборудование (авионику) отсек для Секции 41 787. Эти, вместе с дверью переднего колеса (NWWD), будут отправлены в Spirit AeroSystems в США, готовые к вставке в производственную линию этой компании для 787 Секции 41, переднего фюзеляжного сегмента.

Смотря на станцию сборки сдвиговой веб-балки более детально, Хулати объясняет, что она поддерживает грузовой пол Секции 41, обеспечивая поперечную поддержку через живот самолета. Сборка включает два продольных балки плюс шесть стойк, все собранные вверх дном. Простой вращающийся джиг удерживает детали вместе для облегчения крепления стойк.

«Композиты входят здесь уже просверленными», — отмечает Хулати. «Только металл просверливается в этом здании». Металл также анодируется и красится на задней части здания. Инструкции по сборке отображаются на компьютерном мониторе на каждой станции, используя готовое систему. «Но инструкции наши», — говорит он. «Мы модифицировали ее для разговора с CATIA моделями для каждой детали, и затем наш инженерный отдел создал инструкции по сборке». Он объясняет, что красный цвет указывает на изменение или ошибку, сделанную в прошлом. «Это близко к безбумажной среде, обеспечиваемой сенсорной инфраструктурой. Маршрутные карты следуют за деталью электронно».

Двигаясь дальше, Хулати указывает на противоракетную систему для коммерческих самолетов, называемую C-MUSIC (commercial-multi-spectral infrared counter measure). Она была разработана дивизионом ISTAR Elbit Systems, и Cyclone спроектировала структуру системы, включая in-house сгенерированные allowables. Хотя механизмы системы и внутренняя структура металлические, ее обтекатель/радом композитный.

«Все израильские авиалинии должны быть оснащены этим», — говорит он. «Это автономная система, установленная на животе самолета через комплект, который plug-and-play. Спроектированная для противодействия переносным, плечевыми, тепловые ПУР, лазер стреляет в входящую ракету, если эта система активирована». Первая развернутая на Boeing 737 в 2013 году, Хулати говорит, C-MUSIC системы имеют тысячи операционных часов на коммерческих самолетах и были протестированы на Embraer 170 и 190, а также на большинстве коммерческих платформ Boeing и нескольких моделях Airbus (Тулуза, Франция).

Через улицу в R&D лаборатории, входной коридор выставляет множество деталей, включая некоторые, сделанные из 3D-печатного титана. CW узнает, что последнее результатировало из деятельности израильского консорциума, возглавляемого главой R&D Elbit-Cyclone Лиором Зильберманом. Цель консорциума — продвинуть аддитивную производственную технологию для аэропрочностного производства. «Мы также заинтересованы в ее потенциале для увеличения наших сборочных способностей», — говорит Хулати. Дополнительные использования могут включать детали для вертолетных программ обновления, которые он отмечает, известны их малыми тиражами (например, пять вертолетов), «так что инструментирование не доступное по стоимости». Другие детали в R&D витрине включают морской пропеллер, сделанный с RTM, и крылышко, разработанное с клиентом для замены двухчастой пчелиной сотовой сборки простой, интегрированной деталью.

Разработка модульных композитных структур стала одной из сил Cyclone. Крылышко использует монолитный углерод/эпоксид препрег, обработанный вне автоклава (OOA) для снижения веса, стоимости и лид-тайма. Те же преимущества достигаются в интегрированной, безкрепной управляющей поверхности, сделанной в одном выстреле RTM процессе. Зильберман также возглавил компанию в разработке многофункциональных структур с встроенным сбором энергии, способностью к изменению формы и системами мониторинга структурного здоровья/НДТ в вращающихся и фиксированных крыльях, а также самоподстраивающихся композитных вращающихся и фиксированных крыльев.

R&D лаборатория состоит из резальной комнаты, обработки комнаты и RTM разработки комнаты. Последняя содержит 360-тонновый пресс от Lauffer Pressen (Хорб ам Неккар, Германия) с 700 кВт системой мощности для нагрева форм для деталей до 2 на 2 м. Также есть большая печь для предварительного нагрева RTM форм и/или пост-отвердки эпоксидных деталей.

Инвестиции в будущее производство

По мере того как тур заканчивается, Хулати отмечает, что высокотемповое производство и сборка требуют инвестиций. Через тур мы видели примеры этого в тестовых лабораториях Cyclone и способности НДТ, а также в ее подходе к обработке. Компания также внедрила программное обеспечение Plataine (Уолтем, MA, США) Total Production Optimization (TPO), использованное для достижения двузначных экономий материалов в операциях резки препрега. TPO заменило предыдущее последовательное резки и вложение препрега автоматизированной цифровой системой, оптимизирующей вложения реза через множество деталей, использующих те же материалы. Эта система также помогла улучшить производственный выход и сократить время, необходимое для резки, а также настройку машины.

«Мы доверены нашими клиентами доставлять высококачественные детали, но мы должны также постоянно смотреть на способы управления затратами и обеспечения увеличенных темпов производства», — говорит Хулати. Elbit Cyclone продолжает искать новые возможности и видит яркое будущее, хоть полное вызовов. «У нас есть твердая стратегия, которая доказывает себя, как видно по росту компании», — говорит Хулати. «То, что сказано, наша стратегия всегда эволюционирует, адаптируясь к изменениям рынка». Впечатление, которое остается — прагматичное доверие, основанное на знаниях и опыте, компания, которая продолжит выполнять свою роль конвертирования обещания передовых технологий в надежное авиационное композитное производство.