Escavando um nicho através do novo, do diferente e do difícil

Como muitas empresas que fabricam peças e estruturas compostas, a Van Horn Aviation (VHA, Tempe, AZ, US) chegou ao material com pouca experiência e conhecimento, mas um desejo inerente de ajudar os clientes a resolver problemas, vontade de aprender e uma desejo de impulsionar a empresa para a frente. Ironicamente, para a Van Horn Aviation, tudo começou com uma propulsão ler - ou, mais precisamente, uma pá de rotor.

Jim Van Horn fundou a empresa em Tempe em 2000, e seu plano de negócios era simples:Projetar e fazer pás de rotor metálicas de reposição (cauda e principal) para helicópteros que ainda estavam em serviço, mas não eram mais fabricados. Pareceu uma boa ideia. Bell’s (Ft. Worth, TX, US) UH-1 Huey , por exemplo, um dos helicópteros mais vendidos do mundo, não estava mais em produção, mas ainda havia milhares de unidades em serviço. A VHA olhou para a pá do rotor de cauda desta aeronave e viu uma oportunidade lucrativa não apenas de projetar uma substituição, mas um melhor substituição. No entanto, quanto mais tempo o VHA despendia no design da pá do rotor, mais aparente se tornava que um design de pá verdadeiramente ideal exigia o uso de materiais compostos.

Havia apenas um problema, diz o presidente da VHA, Dean Rosenlof, que ingressou na empresa logo após a abertura das portas, há 18 anos:“Não tínhamos experiência em compósitos. Para controlar nosso destino, sabíamos que seria melhor trazer essa capacidade para dentro de casa. Éramos suficientemente responsáveis ​​pelo design; temos que ser responsáveis ​​o suficiente para fazer isso. ”

Como uma casa de design se transforma em um fabricante de compósitos sem experiência na fabricação de compósitos? “Tudo girava em torno do fornecimento de materiais e fornecedores”, observa Rosenlof. Na verdade, a VHA dependia de alguns fornecedores de materiais compósitos bem conhecidos para ajudar a empresa a lançar sua experiência em compósitos:Toray Composite Materials America Inc. (Tacoma, WA, EUA), Evonik Foams Inc. (Theodore, AL, EUA) e 3M ( St. Paul, MN, US) adesivos. Em última análise, diz Rosenlof, a VHA teve que apenas descobrir os compostos por conta própria e, gradualmente, construir sua própria especialização em compostos.

A VHA, observa Rosenlof, passou mais de uma década aperfeiçoando seus recursos de compósitos. No processo, construiu uma reputação de projetar e fabricar lâminas de rotor de alta qualidade, alto desempenho e alta eficiência que excedem as especificações OEM. Como resultado, a VHA é um fornecedor certificado pela Bell de lâminas de reposição - uma bênção do fabricante de helicópteros que é vigiado de perto e altamente cobiçado. Hoje, a VHA tem três produtos estabelecidos:a pá do rotor principal para o Bell 206B3 Jet Ranger , a pá do rotor de cauda do Bell 206B3 / OH-58 Jet Ranger , e o legado UH-1 Huey pá do rotor de cauda.

Na área de produção

Após uma revisão da estratégia e posição de negócios da VHA, Rosenlof lidera o CW para a área de produção da empresa, onde a maioria dos 28 funcionários da empresa trabalham. No caminho, ele aponta alguns dos engenheiros de design que representam o "molho secreto" da VHA. Ele observa que a VHA se tornou particularmente adepta da otimização de uma variedade de parâmetros de design que tornam seus produtos notáveis. Isso inclui coeficiente de sustentação e arrasto , o momento do argumento de venda e vibração .

Os pilotos de helicóptero, explica Rosenlof, são altamente sensíveis à "sensação" que uma pá do rotor transmite à operação e ao vôo do helicóptero, então a VHA gasta muito tempo em vôo testando seus projetos para verificar o desempenho.

“As lâminas rotativas são um campo de tensão - centrífugas”, observa ele. “E um composto se comporta de maneira diferente nesse campo do que uma lâmina metálica.” Na verdade, as pás do rotor do helicóptero são uma das poucas estruturas compostas no mundo que perdem vantagem à medida que perdem peso. Rosenlof o chama de "fantasma de peso", o que significa que uma pá de rotor não é pesada o suficiente se comporta de maneira diferente da alternativa totalmente metálica. Por causa disso, diz Rosenlof, todas as lâminas do VHA são superdimensionadas para adicionar peso de volta ao sistema.

Além disso, ele diz:“As pessoas no setor aeroespacial odeiam mudanças”, o que significa que uma mudança de uma pá de rotor metálica para uma pá de rotor composta deve, idealmente, preservar as características de desempenho às quais o piloto está acostumado. É um equilíbrio delicado, mas um VHA conseguiu administrar habilmente. O resultado final, no entanto, é a segurança e, nesse aspecto, a empresa tem se destacado. “Falhas durante os testes e desenvolvimento nos ajudam a redesenhar lâminas melhores”, diz Rosenlof. “Somos bons nisso. Quando vamos ao mercado, primeiro não devemos causar danos à aeronave e à tripulação e, em seguida, observar as melhorias de desempenho. Esse é o nosso trabalho. ”

O passeio deixa os engenheiros para trás e surge na área de produção de pás do rotor. Como muitas lojas de compósitos, a fabricação na VHA começa com o corte das camadas, que é feito em um sistema de corte plano automatizado de 3 m de comprimento fornecido pela Eastman Machine (Buffalo, NY, EUA). A maioria dos usos do VHA pré-impregnado é a versão unidirecional do Torayca 2510, que se baseia na fibra de carbono de reboque T700G 12K da Toray. Na camada externa de suas pás do rotor, o VHA usa a versão de trama simples do Torayca 2510, que se baseia na fibra de carbono de reboque T700S 12K da Toray. Rosenlof diz que a VHA teve boa experiência com o 2510 prepreg, que pode ser processado dentro ou fora da autoclave, é fornecido pela Toray na prateleira como um produto básico e está prontamente disponível no fabricante da fibra.

As lonas, à medida que saem da mesa, são equipadas e preparadas para layup, que é a próxima etapa, realizada em uma sala limpa adjacente. Todas as lâminas do rotor VHA apresentam uma construção em sanduíche, compreendendo o núcleo de espuma Evonik Rohacell rodeado pelas camadas UD Torayca. A VHA inicialmente usinou os núcleos internamente, mas acabou contratando a Evonik, que faz o trabalho em suas instalações em Mobile, AL, EUA.

Layup é feito manualmente. As pás do rotor principal são dispostas em um grande molde composto no centro da sala. As pás do rotor de cauda são colocadas em bancadas de trabalho verticais. A colocação das lonas é guiada por marcas no molde. Para áreas onde a fibra de carbono está em contato direto com a espuma, como dobradores e longarinas, existem áreas rebaixadas pré-cortadas na espuma para orientar a colocação. A VHA usa calafetagem em todas as suas pás de rotor, incluindo, em algumas áreas, Airpad não curado da Airtech (Huntington Beach, CA, EUA), borracha sem silicone, que pode ser formada em folhas de calafetagem de pressão e mandris flexíveis.

Cada pá do rotor que a VHA fabrica inclui um acessório de titânio para prender a pá do rotor ao mastro da pá do rotor, e esse acessório é uma parte crítica de cada layup. Feitos internamente pela VHA, os acessórios exigem acúmulos de camadas adicionais em torno deles para manter a integridade das pás do rotor.

Os layups das pás do rotor acabados são transferidos ao lado de uma das duas autoclaves do VHA, cada uma medindo cerca de 7,3 m de comprimento. O VHA Torayca epóxi prepreg requer uma cura padrão de 121 ° C.

Após a cura, as lâminas do rotor são transferidas para a oficina mecânica, onde são aparadas nas dimensões finais. É também na oficina que a VHA fabrica quase todas as peças metálicas usadas nas pás do rotor, incluindo os acessórios de titânio e as tiras de abrasão de níquel para o bordo de ataque das pás do rotor. A VHA opera dois CNCs verticais, dois CNCs horizontais e um cortador de jato de água OMAX (Kent, WA, US). Três CNCs são fornecidos pela Haas Automation Inc. (Oxnard, CA, EUA); um é fornecido pela DMG Mori Seiki (Nagoya, Japão).

Finalmente, a VHA conduz testes rigorosos das pás do rotor que fabrica e possui uma variedade de acessórios e máquinas de teste projetadas para avaliar tudo, desde o equilíbrio das pás até as propriedades de resistência e rigidez. A VHA também tem seu próprio helicóptero Bell 206B, que usa para avaliar as propriedades dinâmicas da pá do rotor, incluindo a "sensação" que é tão importante para os pilotos.

Quando CW questionado sobre a inspeção não destrutiva (NDI), no entanto, Rosenlof observa que a VHA não faz nenhuma. “Temos qualidade dependente do processo”, diz ele. “Nós monitoramos temperatura, pressão e tempo, e enquanto estivermos dentro das especificações, então estamos fazendo boas lâminas de rotor.” Rosenlof também aponta que grande parte do processo e controle de qualidade do VHA se concentra nas tolerâncias da superfície superior da pá do rotor porque este é o lado "funcional" de uma pá do rotor e é mais crítico para o desempenho da pá do rotor.

Próximas etapas

O trabalho da pá do rotor do VHA não é feito. A empresa já está desenvolvendo novos produtos, incluindo pás do rotor principal e de cauda para o bimotor Bell 212 de duas pás e o bimotor de quatro pás Huey -classe Bell 412. Rosenlof acrescenta que a VHA está trabalhando em tecnologias de co-cura que poderiam gerar maior eficiência de fabricação.

Conforme nosso tour termina, Rosenlof observa que, embora VHA seja uma operação relativamente pequena (sua equipe gerencial e força de trabalho totalizam 30), a empresa criou um nicho para si mesma ao contrário de muitos outros, e fez isso implementando a capacidade de fabricação de compósitos com ousadia e com confiança. Esse nicho, por mais robusto que seja para o VHA, não foi construído de forma simples e, nesse sentido, é bem merecido. “Nós somos”, ele brinca, “um sucesso noturno de 18 anos.”