IAI: Израильский лидер аэрообороны готовится к глобальной экспансии

Israel Aerospace Industries (IAI) была основана в 1953 году как Bedek Aviation Co. — через пять лет после создания государства Израиль. Тогда компания располагалась рядом с аэропортом Лод (ныне международный аэропорт Бен-Гурион к юго-востоку от Тел-Авива) и насчитывала 70 сотрудников. По мере развития Израиля растал и IAI: сегодня его годовой оборот составляет 4 млрд долларов, портфель заказов — 11 млрд долларов, а штат — более 15 000 человек (из них 6000 инженеров). Это крупнейший промышленный комплекс Израиля и мировой лидер в ряде оборонных технологий.

Полный цикл: от проектирования до сертификации

Хотя компания известна возможностями build-to-print (BTP) и build-to-spec (BTS), она является полноценным OEM в обороне и авиации, способным проектировать целые воздушные судна и проводить их через полную полетную сертификацию. Яркий пример — бизнес-джеты G150 и G280 для Gulfstream Aerospace Corp. (Савана, штат Джорджия, США). IAI несла полную ответственность за проектирование, анализ, наземные и полетные испытания, производство и сборку. Бизнес-джет G150 получил совместную сертификацию авиационных властей США, Европы и Израиля.

Композитные производства: широта возможностей

Композитные операции IAI охватывают изготовление деталей и узлов для бизнес-джетов, гражданских самолетов, БПЛА и военных самолетов. Производимые изделия: вертикальные и горизонтальные стабилизаторы, рули управления, силовые элементы крыла, обтекатели двигателей, балок пола, обоймы дверей, силовые переборки, ребра и стрингеры, управляющие поверхности, обтекатели и радары. Технологические возможности включают ручную укладку препрега и автоматическое укладку ленты (ATL), горячее драпирование, автоклавное и внеавтоклавное (OOA) отверждение, жидкие процессы формовки (инфузия, RTM), сложные склеивание и сборку. Компания сама проектирует и изготавливает оснастку, обладает всеми ключевыми сертификатами качества в авиации и композитах, обеспечивает контроль качества через комплексные методы неразрушающего контроля.

Концепция «одной остановки»

IAI позиционирует себя как one-stop shop: полное проектирование и анализ, инженерия, прототипирование, серийное производство и управление сложными цепочками поставок. Кампания занимает множество гектаров и зданий, 17 из которых посвящены композитному производству и сборке.

Военная авиация и БПЛА

Ключевая композитная программа — производство верхних и нижних обшивок внешних крыльев F-35 Lightning II из углеродного волокна на бисмалеймидной матрице. Для этой программы в 2014 году была введена в строй полностью автоматизированная сборочная линия. В июле 2016 года IAI отпраздновала поставку 10-го комплектаkrylovых структур Lockheed Martin (Беттесда, штат Мэриленд, США); к 2034 году планируется произвести более 800 пар.

Сотрудничество с Lockheed Martin началось с истребителя F-16: IAI изготовила вертикальный стабилизатор для нескольких модификаций. Обшивки этой критически важной детали изготавливаются по чертежам из уднонаправленного углеродного препрега с автоклавным отверждением.

Для истребителя F-15 (ныне поддерживаемого Boeing) были произведены вертикальный стабилизатор и руль из бор/эпоксидных композитов. Для вертолета Sikorsky UH-60 Black Hawk IAI разработала технологию однократной укладки CFRP-препрега для 2-метрового интегрального композитного ящика горизонтального стабилизатора. Это критически важное конструктивное элемент обеспечил экономию 20% по весу и стоимости по сравнению с металлической сборкой. От проектирования до первой поставки прошло 9 месяцев (2003 г.), к сегодняшнему дню произведено 1500 комплектов в дивизионе RAMTA в Беэр-Шеве.

Опыт БПЛА начался с Scout (1978 г.), далее — Pioneer, Ranger, Hunter — все с 100% композитными структурами (мокрая укладка углеродной ткани/эпоксида и мёдовое ядро). Позже переход на препрег из углеродного волокна и пенополиметакрилимид (PMI) Rohacell от Evonik (Эссен, Германия).

Текущее производство: Searcher Mk III, семейство Bird Eye, Panther Fixed Wing и VTOL Hovermast 100, семейство Heron. Самый продвинутый вариант Heron TP — длина 14 м, размах 26 м, MALE-класс, потолок 13 716 м, длительность полета 40 часов. «Все наши аэрструктуры БПЛА — 100% композитные», — отмечает Др. Зев Миллер.

Композиты в гражданской авиации

IAI — Tier 1 поставщик для OEM гражданской авиации и главный подрядчик по бизнес-джету Gulfstream G280. Строит «зеленый» самолет и перегоняет его в центр комплектовки Gulfstream в Далласе (Техас, США). В 2009 г. CW писала о разработке RTM-руля для G280. IAI спроектировала и построила исполнительский джет Galaxy/Astra, права на который Gulfstream приобрела в 2001 г., переименовав в G100 и G200. G280 (2–10 пассажиров) имеет 35% композитов на внешней поверхности против 12% у G100.

Горизонтальный стабилизатор G280 — автоклавная интегральная структура: предотвержденные стрингеры ко-склеиваются с клеем на кожу из углеродного препрега. Вертикальный стабилизатор — гибридный (алюминий + препрег), руль высоты — сэндвич (кожи из препрега, ядро из мёда Nomex). Компоненты руля направления теперь производятся в NCC (North Coast Composites, Кливленд, штат Огайо, США) и собираются в дивизионе RAMTA. Обтекатели стыка крыла с фюзеляжем изготавливаются из преформы углеродного волокна (простая ткань с одной стороны и нескримп-ткань с другой, сшитые вместе) и пены Rohacell, инфьюзируются эпоксидной смолой и отверждаются только вакуумным мешком (VBO) в печи при 180 °C.

Оборудование для повышения выпуска

У IAI шесть чистых комнат. Пять из них (общая площадь 3010 м²) принадлежат дивизиону аэросборок — главному объекту по производству композитных деталей и узлов. Каждая чистая комната специализирована под уникальные потребности заказчиков, но все оснащены передовыми технологиями укладки: либо контурная укладка ленты (CTL) 16×3 м от Fives Cincinnati (Хеброн, штат Кентукки, США), либо автоматическая укладка ленты (ATL) 15×3 м от MTorres (Наварра, Испания), либо для ручной укладки — лазерная проекционная система Virtek Vision (Ватерлоо, Онтарио, Канада).

Прочее на производстве:

• Холодильные камеры для препрега площадью 193 м². Внедрено ПО Plataine Total Production Optimization (TPO) для оптимизации раскроя и укладки, снижения отходов препрега и сырья на 5%, автоматизации производства и уменьшения ручных операций с риском ошибок.
• 10 автоклавов, 7 в дивизионе аэросборок: от 4,5 м длины и 2 м диаметра до крупнейшего — 14 м длины и 4,7 м диаметра.
• Дебалкинг укладок препрега на машине горячего драпирования (6,9×2,7×3,1 м) от Electrotherm Industry (Мигдаль-хаЭмек, Израиль).
• Неразрушающий контроль: 4 установки с фазированной антенной в водяной ванне, 2 портальные установки сквозного ультразвука (TTU), 2 роботизированные 3D-системы с выбором метода: широкополосный фазированный TTU с водяными распылителями, фазированный пульс-эхо с кожистыми пузырьками (низкий расход воды для контакта) или воздушный фазированный УЗК.

Дивизион также имеет 3 станка с ЧПУ (до 7×3,5 м) для обрезки и сверления композитов, общие КИМ для размерного контроля, 3 покрасочных камеры и 5 сборочных цехов общей площадью 2350 м².

Автоматизация RTM

Напротив корпуса дивизиона аэросборок находится лаборатория R&D по RTM с автоматизированной преформообразовательной ячейкой. «Изначально разрабатывалась для сидений вертолета Bell 525, но может быть адаптирована для других платформ», — говорит Хари Розенфельд. Преформообразование разработано с Techni-Modul Engineering (Куд, Франция) для замены ручной укладки препрега. Конструкция сиденья, рассчитанная на требования к крушению вертолета, использует комбинацию армирования: стекловолокно дает гибкость и ударную вязкость, углеродное — прочность. «Мы нацелены на равенство с препрег-базовой линией, но можем оптимизировать дальше по весу и характеристикам», — добавляет Миллер.

Ячейка включает автоматическую станцию подачи материала, резак, робота ABB (Цюрих, Швейцария) с специальными грипперами (сенсор проверки наличия плаха, лазерный контроль позиции, камера для валидации ориентации по эталонной базе). Повторно используемый силиконовый мешок для вакуумного дебалкинга (6 циклов). Затем компактная преформа переносится на оснастку для ультразвуковой обрезки (без последующей обрезки после формовки). Обрезанная преформа помещается в парные стальные формы RTM.

Смола — одноэпонентная Prism EP-2400 (Solvay, Брюссель, Бельгия). Дegasация, закачка блоком Isojet Equipments (Корба, Франция). «Упростили закачку — минимум очистки», — Розенфельд. Смола нагревается до 80 °C для понижения вязкости. Форма предварительно нагрета до 120 °C, создается вакуум, смола закачивается только за счет вакуума. Температура и давление повышаются до 180 °C и 6 бар за 2-часовой цикл. Охлаждение до 50 °C, раскрытие, извлечение детали.

Перспективы композитов

В смежной комнате лаборатории — испытательное оборудование, включая двухкомпонентные закачивающие установки для тестирования новых смол RTM. R&D — приоритет: более 86 EU-финансируемых мультипартнерских проектов, среди них:

• TANGO — демонстрация композитных фюзеляжа, крыла и центрального крылового ящика. IAI изготовила три больших ребра крыла (до 1,7 м) с интегральными синусоидальными стенками и фланцами в одну укладку (нескримп-ткань, RTM).
• CONDICOMP — управление состоянием материала при отверждении.
• ALCAS — снижение стоимости композитных авиационных компонентов.
• IFATS — повышение автономии воздушных судов.

Особое внимание трем программам. В 8-летнем проекте MAAXIMUS (лидер Airbus) IAI изучала структурные детали (сбросы слоев, окончания стрингеров на производственных стыках) для улучшения прочности и веса. Для каждой детали: расчеты прочности (CAD/CAE, FEM), изготовление образцов, сравнение тестов с анализом. Результаты вошли в рекомендации по будущим проектам.

В LOCOMACHS (31 компания, координатор SAAB Aeronautics) IAI работала над устранением трудоемких операций сборки (временная сборка для проверки зазоров, подкладочники, разборка, работа с оснасткой). С GKN Aerospace, Turkish Aerospace Industries, NLR построены демонстраторы Lean Assembled Wing Box (LAWiB) и More Integrated Wing Box (MIWiB). Стрингеры из нескримп-ткани (SAERTEX) ко-склеивались с кожей. Результат: исключены подкладочники на интерфейсе верхней обшивки-спар, сокращено число крепежей на 30% затрат труда на сборку. Миллер видит потенциал для малых крыльев и хвостов.

В настоящее время IAI возглавляет два композитных проекта Clean Sky 2: OPTICOMS (оптимизированные композитные структуры для малых самолетов) и ECOTECH (экологичные инновации в аэроструктурах). Координатор OPTICOMS — IAI, партнеры: Piaggio Aircraft (Генуя, Италия), Coriolis Composites (Кевен, Франция), DANOBAT (Эльгоибар, Испания), TechniModul Engineering. Демонстратор крыла Piaggio (7 м) — интегральный спар/кожа в одну укладку. Оцениваются технологии для максимальной стоимостной эффективности. Новый метод Final Pressure Transfer Molding (FPTM) от TechniModul: впрыск воздуха/газа в закрытую полость для создания до 10 бар давления при отверждении термореактивного препрега в нагретых парных формах. OOA-детали не уступают автоклавным, но не требуют дополнительной смолы, как SQRTM.

В ECOTECH IAI вместе с Invent (Брауншвейг, Германия) ведет консорциум из 12 участников по разработке новых материалов, процессов и рециклинга для снижения экологического следа. В рамках предпроекта Eco-Design (2017) на трех демонстраторах достигнуто снижение веса 10–20% и потенциальное сокращение парникового эффекта более 50%. В финальной стадии ECOTECH валидируются четыре демонстратора — термопласт, термореактивный, металлический, биоматериал. Они вместе с OPTICOMS войдут в Clean Sky 2 Airframe ITD (лидеры: Dassault Aviation, Airbus DS, SAAB).

Компания также исследует аддитивное производство, структурный мониторинг, меняющиеся крылья и электрические двигатели — «следующую эру авиации».

«У нас уникальное сочетание десятилетий производственного опыта, способности развивать и внедрять передовые композитные технологии и долгосрочных отношений с авиапромом США и Европы», — резюмирует Эйтан Шалит. «Рынки все более конкурентны, композиты — ключевая компетенция. IAI продолжит предлагать решения для будущего роста партнеров».