IAI: Líder Aeroespacial de Israel Preparado para Expansão Global

A Israel Aerospace Industries (IAI) foi estabelecida como Bedek Aviation Co. em 1953, cinco anos após a criação do Estado de Israel. Então situada ao lado do Aeroporto de Lod (agora conhecido como Ben Gurion International, a sudeste de Tel Aviv), a empresa começou com 70 funcionários. À medida que Israel se desenvolveu, a IAI também avançou em tecnologia e operações para seu faturamento anual atual de US$ 4 bilhões, backlog de US$ 11 bilhões e mais de 15.000 funcionários (6.000 são engenheiros). É o maior complexo industrial de Israel e líder mundial em uma gama de tecnologias de defesa.

Embora a empresa seja reconhecida por suas capacidades de produção build-to-print (BTP)/build-to-spec (BTS), ela é um OEM completo de defesa e aeroespacial e pode projetar aeronaves completas, prosseguindo até certificação de voo completa. Um exemplo: a IAI teve responsabilidade total pelo design e análise, testes de solo e voo, fabricação e montagem dos jatos executivos G150 e G280 para a Gulfstream Aerospace Corp. (Savannah, GA, EUA). A IAI alcançou certificação conjunta do jato executivo G150 com autoridades de aviação dos EUA, europeias e israelenses.

As operações de compósitos da IAI abrangem fabricação de peças e montagens para jatos executivos e aeronaves comerciais, veículos aéreos não tripulados (VANTs) e aeronaves militares. Peças produzidas incluem estabilizadores verticais e horizontais, lemes, estruturas de asa, nacelas de motor, vigas de piso, contornos de porta, anteparas estruturais, nervuras e reforços, superfícies de controle, fairings e radomes. Numeradas entre suas capacidades de manufatura estão laminação manual de pré-impregnado e colocação automatizada de fita (ATL), conformação a quente, cura em autoclave e fora de autoclave (OOA) incluindo processos de moldagem líquida, como infusão de resina e moldagem por transferência de resina (RTM), além de colagem e montagem complexas. A empresa também projeta e constrói suas próprias ferramentas, mantém todas as certificações-chave de qualidade aeroespacial e de compósitos e fornece garantia de qualidade via testes e inspeção não destrutivos abrangentes.

A IAI promove-se como uma loja única, oferecendo design e análise completos, engenharia, prototipagem e serviços de produção, bem como gerenciamento de cadeias de suprimentos complexas. Seu campus abrange muitos acres e numerosos prédios, 17 dos quais abrigam sua fabricação e montagem relacionadas a compósitos.

A visita da CW foi liderada pelo diretor de marketing e negócios da IAI, Eitan Shalit, diretor de programas de P&D Hary Rosenfeld e Dr. Zev Miller, gerente de materiais e processos compósitos dentro do Grupo de Engenharia & Desenvolvimento da IAI. A visita foi precedida por uma visão geral da empresa no novo prédio de produção de compósitos da Divisão Aero-montagens da IAI.

Operações de aeronaves militares e VANTs

Um dos principais programas de compósitos da IAI é a produção de peles superiores e inferiores de asa externa em fibra de carbono reforçada com bismaleimida para o jato F-35 Lightning II. Uma linha de montagem totalmente automatizada construída especificamente para este programa foi inaugurada em 2014 (Fig. 1). A IAI celebrou a entrega do 10º conjunto de estruturas de asa para a Lockheed Martin (Bethesda, MD, EUA) em julho de 2016 e está programada para produzir mais de 800 pares até 2034.

O relacionamento da empresa com a Lockheed Martin começou com a aeronave militar F-16. A IAI fabricou o estabilizador vertical para várias variantes do F-16. As peles desta peça crítica de fratura são construídas para impressão, usando pré-impregnado unidirecional de fibra de carbono laminado manualmente e cura em autoclave.

A empresa também produziu o estabilizador vertical e leme para o jato de caça McDonnell Douglas F-15, agora suportado pela Boeing, que usa compósitos de boro/epóxi. Para o estabilizador horizontal do helicóptero Sikorsky (Stratford, CT, EUA) UH-60 Black Hawk, a IAI desenvolveu um processo de pré-impregnado de polímero reforçado com fibra de carbono (PRFC) em uma etapa para a caixa compósita integral de 2 m. Esta estrutura crítica de voo alcançou economia de 20% em peso e custo vs. a montagem metálica anterior. A IAI levou a peça do design à primeira entrega em 9 meses em 2003 e produziu 1.500 conjuntos até hoje em sua divisão RAMTA em Be'er Sheva, ao sul.

A IAI tem vasta experiência no design e produção de VANTs, começando com seu sistema de aeronave pilotada remotamente (RPAS) Scout em 1978. Scout foi seguido pelos aviões Pioneer, Ranger e Hunter, todos com estruturas 100% compósitas, feitas usando peles de tecido de carbono/epóxi laminado úmido e núcleo de favo de mel. Isso depois transitou para pré-impregnado de fibra de carbono e núcleo de espuma de polimetacrilimida (PMI) Rohacell da Evonik (Essen, Alemanha).

A produção atual inclui o Searcher Mk III, a família de aeronaves Bird Eye, Panther Fixed Wing e Hovermast 100 aeronaves de decolagem e pouso vertical (VTOL) e a família Heron de aeronaves não tripuladas. A variante mais avançada, o Heron TP, mede 14 m de comprimento com envergadura de 26 m. É um VANT de média altitude e longa duração (MALE), capaz de voar a altitude de 13.716 m por 40 horas. "Todas as nossas aeroestruturas de VANT são 100% compósitas", nota Miller.

Compósitos para aeronaves comerciais

A IAI é fornecedora Tier 1 para OEMs de aeronaves comerciais e contratante principal para o jato executivo Gulfstream G280. Constrói a aeronave "verde" e voa até o centro de completamento da Gulfstream em Dallas, TX, EUA. Em 2009, a CW escreveu sobre o desenvolvimento pela IAI de um leme RTM para o que agora é o G280 (ver "Vitrine RTM: Leme de Uma Peça"). A IAI havia, de fato, projetado e construído o jato executivo Galaxy/Astra, cujos direitos a Gulfstream adquiriu em 2001, renomeando-os como G100 e G200, respectivamente. O G280, o mais recente desta linha, acomoda dois a 10 passageiros. Sua superfície externa é 35% compósita comparado a 12% para o G100.

O estabilizador horizontal do G280 é uma estrutura integral curada em autoclave. Compreende longarinas pré-curadas co-coladas com adesivo a uma pele de pré-impregnado CF/epóxi. O estabilizador vertical é uma estrutura híbrida de alumínio e pré-impregnado autoclavada, enquanto o elevador é uma construção sanduíche, usando peles de pré-impregnado CF/epóxi e núcleo de favo de mel Nomex. Os componentes do leme agora são produzidos na NCC (North Coast Composites, Cleveland, OH, EUA) e montados na divisão RAMTA da IAI, em Be'er Sheva. Fairings asa-fuselagem do G280 usam uma pré-forma de CF feita com tecido liso em um lado e tecido não-crimp no outro, com as duas camadas costuradas. Esta pré-forma e núcleo de espuma Rohacell são infundidos com resina epóxi e curados com apenas saco a vácuo (VBO) em forno a 180 °C.

Equipada para produção aumentada

A IAI tem seis salas limpas. Cinco delas (área total de 3.010 m²) pertencem à sua Divisão Aero-montagens, que é a principal instalação da IAI para fabricação de peças compósitas e montagens. Embora cada sala limpa seja especializada para as necessidades únicas de produção de seus clientes, todas são equipadas com tecnologias avançadas de laminação: seja com uma máquina de colocação de fita contorneada (CTL) de 16 por 3 m da Fives Cincinnati (Hebron, KY, EUA), uma máquina de colocação automatizada de fita (ATL) de 15 por 3 m da MTorres (Navarra, Espanha), ou, para propósitos de laminação manual, um sistema de projeção a laser, fornecido pela Virtek Vision (Waterloo, ON, Canadá).

Outras instalações:

• A IAI tem capacidades de armazenamento em freezer de pré-impregnado de 193 m². A empresa também investiu no software Total Production Optimization (TPO) da Plataine (Waltham, MA, EUA) para otimizar não apenas o corte e encaixe de pré-impregnado, mas também o uso de material, reduzindo desperdício de pré-impregnado e consumo de matéria-prima em 5%. Além disso, o software automatizou a produção, reduzindo tarefas manuais e o risco associado a erros.
• A capacidade de produção da IAI é significativa, com 10 autoclaves, sete dos quais pertencem à Divisão Aero-montagens e variam em tamanho de 4,5 m de comprimento e 2 m de diâmetro, até o maior com 14 m de comprimento e 4,7 m de diâmetro.
• Laminações de pré-impregnado são descompactadas antes da cura usando uma máquina de conformação a quente (6,9 por 2,7 por 3,1 m) da Electrotherm Industry (Migdal HaEmek, Israel).
• Para inspeção não destrutiva de peças compósitas, a divisão tem diferentes máquinas e técnicas: quatro máquinas com imersão em tanque de água para teste ultrassônico de array faseado (UT), duas máquinas gantry de ultrassom de transmissão através (TTU) e dois sistemas robóticos 3D oferecendo escolha de TTU de array faseado de área ampla com esguichos de água, array faseado de eco de pulso com bolhas de pele (baixo fluxo de água para acoplamento à superfície da peça) ou UT de array faseado acoplado a ar.

A Divisão Aero-montagens também tem três máquinas CNC, variando até 7 por 3,5 m, para acabamento e furação de peças compósitas e equipamento CMM compartilhado para inspeção dimensional. As três oficinas de pintura e cinco salões de montagem da divisão cobrem área total de 2.350 m².

Automatizando RTM

Diretamente em frente à instalação de produção de compósitos da Divisão Aero-montagens está o prédio que abriga o laboratório de P&D de RTM da IAI, incluindo uma célula de pré-formação automatizada (ver Saiba Mais). "Isso foi originalmente desenvolvido para assentos de helicóptero Bell 525", diz Rosenfeld, "mas poderíamos adaptar para outras plataformas similares." A IAI desenvolveu a tecnologia de pré-formação com a Techni-Modul Engineering (Coudes, França) para substituir laminação manual de pré-impregnado. O design do assento, desenvolvido para atender requisitos de queda de helicóptero, usa uma combinação de reforços. Rosenfeld explica: "O assento deforma com o piso durante impacto e depois deve suportar cargas de aceleração máxima. A fibra de vidro contribui com a flexibilidade e resistência a impacto necessárias, enquanto a fibra de carbono fornece a resistência."

"Este assento de helicóptero visava fornecer paridade com a linha de base de pré-impregnado, mas podemos otimizá-lo ainda mais para desempenho e leveza", diz Miller. A célula é configurada com uma estação de alimentação automatizada de material que fornece reforços a uma máquina de corte automatizada. Um robô pick-and-place da ABB (Zurique, Suíça) então move as camadas de tecido seco para uma ferramenta de pré-formação. Garras especiais foram desenvolvidas, que incluem um sensor para verificar se a camada está presa. O braço do robô também tem sensores para verificar a posição de cada camada conforme é colocada usando projeção a laser. Uma câmera valida a orientação e posição da camada vs. imagens padrão gravadas em um banco de dados de referência.

Uma bolsa de silicone fundido fornece uma membrana de vácuo reutilizável durante a descompactação, realizada seis vezes. Em seguida, a pré-forma compactada é transferida para uma ferramenta onde corte ultrassônico é realizado. Não há corte após a peça ser moldada. Finalmente, a pré-forma aparada é colocada em um conjunto de moldes RTM de aço combinados.

A resina usada é o epóxi endurecido Prism EP-2400 monocomponente da Solvay (Bruxelas, Bélgica). É desgasificada primeiro e então injetada usando uma unidade fornecida pela Isojet Equipments (Corbas, França). "Geralmente você gasta muito tempo limpando linhas e moldes, mas mantivemos a configuração de injeção muito simples para ter uma quantidade mínima a limpar", diz Rosenfeld. A resina é aquecida a 80 °C para reduzir viscosidade para fluxo aprimorado e molhagem de fibra durante injeção. "Isso é totalmente automatizado e sincronizado com a prensa", nota Rosenfeld. O molde, pré-aquecido a 120 °C, é então fechado, vácuo é aplicado e a resina injetada. Apenas vácuo é usado para fluir a resina através da pré-forma. Tanto temperatura quanto pressão são aumentadas no molde, atingindo 180 °C e pressão de 6 bar durante um ciclo de moldagem de 2 horas. O molde é resfriado a 50 °C, aberto e a peça finalizada removida.

Avançando compósitos futuros

Uma sala adjacente no laboratório de RTM abriga equipamentos de teste, incluindo máquinas de injeção de dois componentes para testar novas resinas RTM: P&D é foco significativo para a IAI. Tem experiência em mais de 86 colaborações multi-parceiros financiadas pela UE, incluindo as seguintes:

• O projeto TANGO, que demonstrou estruturas de fuselagem, asa e caixa de asa central compósitas. Como parte do TANGO, a IAI projetou e fabricou três grandes nervuras de asa CFRP, até 1,7 m de comprimento, com reforço de onda senoidal integral e abas moldadas em uma etapa, usando tecido não-crimp e RTM.
• CONDICOMP, organizada para desenvolver gerenciamento de estado de material durante processos de cura de compósitos.
• ALCAS, que visava reduzir custos de manufatura de componentes de aeronaves compósitas.
• IFATS, estabelecida para aumentar autonomia de aeronaves.

Três outros programas merecem atenção especial. Dentro do projeto MAAXIMUS de 8 anos, liderado pela Airbus para melhorar fuselagens compósitas, a IAI foi encarregada de estudar detalhes estruturais — incluindo quedas de camadas e terminações de longarinas (términos típicos em quebras de produção, como juntas circunferenciais principais da fuselagem) — e investigar opções para melhorar resistência e peso. Para cada detalhe, a IAI realizou previsões de resistência, usando projeto e engenharia assistidos por computador (CAD/CAE) e análise FEM, projetou e fabricou espécimes de teste relevantes e então comparou resultados de teste às análises. Resultados finais foram usados no programa geral para auxiliar recomendações para design e produção de futuras aeronaves.

No LOCOMACHS, a IAI foi uma de 31 empresas focadas em reduzir significativamente ou eliminar as operações mais demoradas e, assim, caras mas não agregadoras de valor na montagem de fuselagem compósita, como montagem temporária para verificar folgas, calços, desmontagem e manuseio de ferramentas. A IAI trabalhou com coordenador do projeto SAAB Aeronautics (Linköping, Suécia) e parceiros GKN Aerospace (Redditch, Reino Unido), Turkish Aerospace Industries (Ancara) e Centro Aeroespacial Holandês (NLR, Amsterdã) para construir os demonstradores Lean Assembled Wing Box (LAWiB) e More Integrated Wing Box (MIWiB) (ver Saiba Mais). Produziu longarinas CF/epóxi usando tecido não-crimp (NCF) fornecido pela SAERTEX (Saerbeck, Alemanha). Estas longarinas foram co-coladas à pele NCF. As peças resultantes eliminaram calços na interface pele-longarina superior e reduziram contagem de fixadores para corte de 30% no custo de mão de obra de montagem. Miller vê potencial de uso para estes conceitos em outras estruturas, incluindo asas e caudas menores.

Atualmente, a IAI está liderando dois projetos Clean Sky 2 intensivos em compósitos: OPTICOMS (Estruturas Compósitas Otimizadas para Aeronaves Pequenas) e ECOTECH estrutura aérea ecológica inovadora. Como coordenadora, a IAI está trabalhando com a equipe OPTICOMS, que inclui Piaggio Aircraft (Gênova, Itália), Coriolis Composites (Quévén, França), DANOBAT (Elgoibar, Espanha) e TechniModul Engineering — para demonstrar automação em estruturas compósitas de baixo volume para reduzir custo. O demonstrador de asa de 7 m da Piaggio Aircraft apresenta construção integral pele/longarina produzida em uma etapa. Várias tecnologias estão sendo avaliadas para determinar o processo de manufatura mais custo-efetivo. Um método inovador é Moldagem por Transferência de Pressão Final (FPTM). Desenvolvido pela TechniModul Engineering, parceira da IAI para sua célula RTM automatizada, o processo FPTM injeta ar ou gás em uma cavidade fechada para aplicar até 10 bar de pressão enquanto cura pré-impregnado termofixo em moldes combinados aquecidos. As peças OOA resultantes são relatadas como equivalentes a pré-impregnado curado em autoclave mas sem requerer injeção de resina adicional, como no processo Same Qualified Resin Transfer Molding (SQRTM) (ver "SQRTM permite peças net-shape").

Para ECOTECH, a IAI junto com Invent (Braunschweig, Alemanha) lidera um consórcio de 12 membros encarregado de desenvolver novos materiais, processos e tecnologias de reciclagem para reduzir a pegada ambiental da produção de aeronaves. Como parte do projeto Eco-Design anterior, a IAI ajudou a selecionar e desenvolver tecnologias para reduzir peso, custo, consumo de energia, emissões, materiais perigosos e resíduos, que foram validadas em três demonstradores em 2017, alcançando redução de peso de 10-20% e potencial redução no aquecimento global em mais de 50% comparado à prática atual. Na fase final do ECOTECH, maior desenvolvimento em tecnologias de materiais e processos inovadores será validado na fabricação de quatro demonstradores — termoplásticos, termofixos, metálicos e biomateriais. Estes demonstradores, mais os do OPTICOMS, serão integrados no Demonstrador Integrado de Tecnologia de Fuselagem (ITD) do Clean Sky 2, liderado pela Dassault Aviation (Biarritz, França), Airbus DS (Madri, Espanha) e SAAB (ver "Demonstradores de compósitos termoplásticos — roteiro da UE para futuras fuselagens").

A empresa também está explorando manufatura aditiva, monitoramento de saúde estrutural e asas morfantes, bem como estabelecendo sua posição em propulsão elétrica — o que vê como a próxima era da aviação.

Tudo isso augura bem para o futuro da IAI. "Temos uma combinação única de experiência de produção de décadas, capacidade de desenvolver e implementar tecnologia avançada de compósitos e relacionamento de longa data com as indústrias aeroespaciais dos EUA e europeias", diz Shalit. "Os mercados aeroespaciais comerciais e militares são cada vez mais competitivos, e compósitos são uma competência chave. A IAI continuará a fornecer soluções e ajudar a atender às necessidades de nossos parceiros para crescimento futuro."