Pedra fundamental da aerodefesa de Israel pronta para maior alcance 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 próximo ao aeroporto de Lod (hoje conhecido como Ben Gurion International, a sudeste de Tel Aviv), a empresa começou com 70 funcionários. Conforme Israel se desenvolveu, o mesmo aconteceu com o IAI, avançando em tecnologia e operações para seu atual faturamento anual de US $ 4 bilhões, uma carteira 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 variedade de tecnologias de defesa.

Embora a empresa seja reconhecida por suas capacidades de produção de construção para imprimir (BTP) / construção de acordo com as especificações (BTS), é um OEM de defesa e aeroespacial completo e pode projetar aeronaves completas, procedendo até a certificação de vôo total. Um caso em questão, o IAI teve total responsabilidade pelo projeto e análise, testes de solo e vôo, fabricação e montagem do G150 e G280 jatos executivos para a Gulfstream Aerospace Corp. (Savannah, GA, EUA). IAI obteve certificação conjunta do G150 jato executivo com as autoridades da aviação dos Estados Unidos, Europa e Israel.

As operações de compostos da IAI abrangem a fabricação de peças e montagens para jatos executivos e aeronaves comerciais, veículos aéreos não tripulados (UAVs) e aeronaves militares. As peças produzidas incluem estabilizadores verticais e horizontais, lemes, estruturas de asas, naceles de motor, vigas de piso, bordas de portas, anteparas estruturais, nervuras e reforços, superfícies de controle, carenagens e radomes. Dentre suas capacidades de fabricação estão prepreg hand layup e automatic tape layup (ATL), formação de drapeado a quente, autoclave e cura 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, detém todas as principais certificações de qualidade aeroespacial e de compósitos e fornece garantia de qualidade por meio de testes e inspeção não destrutivos abrangentes.

O IAI se autodenomina um balcão único, oferecendo serviços completos de design e análise, engenharia, prototipagem e produção, bem como gerenciamento de cadeias de suprimentos complexas. Seu campus se estende por muitos hectares e numerosos edifícios, 17 dos quais abrigam sua fabricação e montagem relacionadas aos compostos.

CW A viagem foi liderada pelo diretor de marketing e negócios do IAI, Eitan Shalit, diretor de programas de P&D Hary Rosenfeld e Dr. Zev Miller, gerente de materiais compostos e processos do Grupo de Engenharia e Desenvolvimento do IAI. O tour foi precedido por uma visão geral da empresa na nova Divisão de Aero-assemblies do IAI. edifício de produção de compósitos.

Operações de aeronaves militares e UAV

Um dos principais programas compostos do IAI é a produção de revestimentos superiores e inferiores de bismaleimida reforçada com fibra de carbono para as asas externas do F-35 Lightning II jato. Uma linha de montagem totalmente automatizada construída especificamente para este programa foi inaugurada em 2014 (Fig. 1). O IAI comemorou a entrega do 10º navio de estruturas de asas para a Lockheed Martin (Bethesda, MD, EUA) em julho de 2016 e está programado para produzir mais de 800 pares até 2034.

O relacionamento da empresa com a Lockheed Martin começou com a aeronave militar F-16. IAI fabricou o estabilizador vertical para várias variantes do F-16. As películas para esta peça crítica de fratura são feitas para impressão, usando pré-impregnado de fibra de carbono unidirecional e pré-impregnado à mão e cura em autoclave.

A empresa também produziu o estabilizador vertical e o leme para o jato de combate McDonnell Douglas F-15, agora apoiado pela Boeing, que usa compostos de boro / epóxi. Para o Sikorsky (Stratford, CT, EUA) UH-60 Black Hawk estabilizador horizontal de helicóptero, IAI desenvolveu um processo prepreg de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) one-shot para a caixa de compósito integral de 2 m de comprimento. Esta estrutura crítica de vôo alcançou uma economia de 20% em peso e custo em comparação com a montagem de metal anterior. A IAI participou do projeto até a primeira entrega em 9 meses em 2003 e produziu 1.500 conjuntos de navios até o momento em sua divisão RAMTA em Be’er Sheva, ao sul.

IAI tem ampla experiência no projeto e produção de UAVs, começando com seu Scout sistema de aeronaves pilotadas remotamente (RPAS) em 1978. Scout foi seguido pelo Pioneer , Ranger e Hunter aeronaves, todas com estruturas 100% compostas, feitas de tecido de carbono wet layup / películas de epóxi e núcleo de favo de mel. Posteriormente, isso fez a transição para o núcleo de espuma de prepreg CF e polimetacrilimida Rohacell (PMI) da Evonik (Essen, Alemanha).

A produção atual inclui o Searcher Mk III , o Bird Eye família de aeronaves, Panther Ala Fixa e Hovermast 100 aeronave de decolagem e pouso vertical (VTOL) e o Heron família de aeronaves não tripuladas. A variante mais avançada, o Heron TP , mede 14m de comprimento com uma envergadura de 26m. É um UAV de média altitude e longa duração (MASCULINO), capaz de voar a uma altitude de 13.716m por 40 horas. “Todas as nossas aeroestruturas de UAV são 100% compostas”, observa Miller.

Compostos para aeronaves comerciais

IAI é um fornecedor de Nível 1 para OEMs de aeronaves comerciais e um contratante principal para o Gulfstream G280 jato executivo. Ela constrói a aeronave verde e a transporta para o centro de conclusão da Gulfstream em Dallas, TX, EUA. Em 2009, CW escreveu sobre o desenvolvimento do IAI de um leme RTM para o que agora é o G280 (consulte “Mostruário RTM:Leme de uma peça”). IAI tinha, de fato, projetado e construído o Galaxy / Astra jato executivo, do qual a Gulfstream adquiriu os direitos em 2001, destacando-os como o G100 e G200 , respectivamente. O G280 , o mais recente dessa linha, acomoda de dois a 10 passageiros. Sua superfície externa é 35% composta em comparação com 12% para o G100 .

O G280 o estabilizador horizontal é uma estrutura integral curada em autoclave. Compreende longarinas pré-curadas cobertas com adesivo a uma película prepreg CF / epóxi. O estabilizador vertical é um alumínio híbrido e uma estrutura autoclavada pré-impregnada, enquanto o elevador é uma construção em sanduíche, usando películas pré-impregnadas de CF / epóxi e núcleo em favo de mel Nomex. Os componentes do leme são agora produzidos na NCC (North Coast Composites, Cleveland, OH, US) e montados na divisão RAMTA da IAI, em Be’er Sheva. G280 As carenagens asa-para-corpo usam uma pré-forma CF feita com tecido de trama simples de um lado e tecido não frisado do outro, com as duas lonas costuradas juntas. Esta pré-forma e o núcleo de espuma Rohacell são infundidos com resina epóxi e curados apenas com saco a vácuo (VBO) em um forno a 180 ° C.

Equipado para aumentar a produção

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

Em outra parte da instalação:

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

O Div. Aero-assembleias. também tem três máquinas CNC, variando de 7 por 3,5 m, para corte e broca de peças compostas e equipamentos CMM compartilhados para inspeção dimensional. As três oficinas de pintura da divisão e cinco salas de montagem cobrem uma área total de 2.350m2.

Automatizando RTM

Diretamente em frente à Divisão de Aero-assembleias. a instalação de produção de compósitos é o prédio que abriga o laboratório de P&D da IAI para RTM, incluindo uma célula de pré-formação automatizada (veja Saiba Mais). “Isto foi originalmente desenvolvido para Bell 525 assentos de helicóptero ”, diz Rosenfeld,“ mas poderíamos adaptar para outras plataformas semelhantes. ” A IAI desenvolveu a tecnologia de pré-formação com a Techni-Modul Engineering (Coudes, França) para substituir o layup manual do pré-impregnado. O projeto do assento, desenvolvido para atender aos requisitos de colisão de helicópteros, usa uma combinação de reforços. Rosenfeld explica:“O assento deforma com o chão durante o impacto e deve suportar cargas máximas de aceleração”. A fibra de vidro contribui com a flexibilidade e resistência ao impacto necessárias, enquanto a fibra de carbono fornece a resistência.

“Este assento do helicóptero tinha como objetivo fornecer paridade com a linha de base do pré-impregnado, mas podemos otimizá-lo ainda mais para desempenho e leveza”, diz Miller. A célula é configurada com uma estação automatizada de alimentação de material que fornece reforços para uma máquina de corte automatizada. Um robô pick-and-place da ABB (Zurique, Suíça) move as camadas de tecido seco para uma ferramenta de pré-formação. Foram desenvolvidas garras especiais, que incluem um sensor para verificar se a tela está fixada. O braço do robô também possui sensores para verificar a posição de cada camada à medida que ela é posicionada por meio de projeção a laser. Uma câmera valida a orientação e a posição das imagens da camada vs. imagens padrão registradas em um banco de dados de referência.

Um saco de silicone fundido fornece uma membrana de vácuo reutilizável durante a redução de volume, que é realizada seis vezes. Em seguida, a pré-forma compactada é transferida para uma ferramenta onde o corte ultrassônico é executado. Não há recorte depois que a peça é 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 de um componente da Solvay (Bruxelas, Bélgica). É primeiro desgaseificado e depois injetado em uma unidade fornecida pela Isojet Equipments (Corbas, França). “Normalmente você gasta muito tempo limpando as linhas e moldes, mas mantivemos a configuração da injeção muito simples para que tenhamos uma quantidade mínima para limpar”, diz Rosenfeld. A resina é aquecida a 80 ° C para reduzir a viscosidade para um fluxo aprimorado e umedecimento da fibra durante a injeção. “Isso é totalmente automatizado e sincronizado com a impressora”, observa Rosenfeld. O molde, pré-aquecido a 120 ° C, é então fechado, o vácuo é aplicado e a resina é injetada. Apenas o vácuo é usado para fluir a resina através da pré-forma. Tanto a temperatura quanto a pressão são aumentadas no molde, atingindo 180 ° C e uma pressão de 6 bar durante um ciclo de moldagem de 2 horas. ” O molde é resfriado a 50 ° C, aberto e a peça acabada é removida.

Avançando composições futuras

Uma sala adjacente no laboratório RTM aloja equipamentos de teste, incluindo máquinas injetoras de dois componentes para testar novas resinas RTM:P&D é um foco significativo para IAI. Tem experiência em mais de 86 Colaborações multiparceiros financiadas pela UE, incluindo o seguinte:

• O projeto TANGO, que demonstrou estruturas compostas de fuselagem, asa e caixa central da asa. Como parte da TANGO, IAI projetou e fabricou três grandes reforços de asa CFRP, de até 1,7 m de comprimento, com reforço de onda senoidal integral e flanges moldados em um tiro, usando tecido não crimpado e RTM.
• CONDICOMP, organizado para desenvolver o gerenciamento do estado do material durante os processos de cura composta.
• ALCAS, que visava reduzir os custos de fabricação de componentes de aeronaves.
• IFATS, estabelecido para aumentar a autonomia da aeronave.

Três outros programas merecem atenção especial. Dentro do projeto MAAXIMUS de 8 anos, liderado pela Airbus para melhorar a fuselagem composta, IAI foi incumbido de estudar detalhes estruturais - incluindo quedas de lonas e saídas de longarinas (terminações típicas em quebras de produção, como as juntas circunferenciais da fuselagem principal) - e investigar opções para melhorar a força e o peso. Para cada detalhe, o IAI realizou previsões de força, usando projeto e engenharia auxiliados por computador (CAD / CAE) e análise FEM, projetou e fabricou espécimes de teste relevantes e, em seguida, comparou os resultados dos testes às análises. Os resultados finais foram usados ​​no programa geral para auxiliar as recomendações para o projeto e produção de aeronaves no futuro.

Na LOCOMACHS, IAI foi uma das 31 empresas focadas em reduzir significativamente ou eliminar as operações mais demoradas e, portanto, caras, mas sem valor agregado na montagem de fuselagem composta, como montagem temporária para verificar lacunas, calços, desmontagem e ferramenta manipulação. IAI trabalhou com o coordenador do projeto SAAB Aeronautics (Linköping, Suécia) e os parceiros GKN Aerospace (Redditch, Reino Unido), Turkish Aerospace Industries (Ankara) e o Centro Aeroespacial da Holanda (NLR, Amsterdã) para construir a Lean Assembled Wing Box (LAWiB) (ver Saiba mais) e mais demonstradores Integrated Wing Box (MIWiB). Ela produziu longarinas CF / epóxi usando tecido sem friso (NCF) fornecido pela SAERTEX (Saerbeck, Alemanha). Essas longarinas foram co-coladas à pele NCF. As peças resultantes eliminaram o calço na interface do revestimento superior e reduziram a contagem de fixadores para um corte de 30% no custo de mão de obra de montagem. Miller vê uso potencial para esses conceitos em outras estruturas, incluindo asas e caudas menores.

Atualmente, o IAI está liderando dois projetos Clean Sky 2 com uso intensivo de compostos:OPTICOMS (Estruturas de Composto Otimizado para Aeronaves de Pequeno Porte) e ECOTECH de fuselagem inovadora ecologicamente correta. Como coordenador, IAI está trabalhando com a equipe OPTICOMS, que inclui Piaggio Aircraft (Gênova, Itália), Coriolis Composites (Quéven, França), DANOBAT (Elgoibar, Espanha) e TechniModul Engenharia - para demonstrar automação em estruturas compostas de baixo volume para reduzir custo. O demonstrador de asa de aeronave Piaggio com 7 m de comprimento apresenta uma construção integral de longarina / pele produzida em um tiro. Várias tecnologias estão sendo avaliadas para determinar o processo de fabricação com melhor custo-benefício. Um novo método é a Moldagem por Transferência de Pressão Final (FPTM). Desenvolvido pela TechniModul Engineering, parceira do 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 estão supostamente no mesmo nível do pré-impregnado curado em autoclave, mas sem exigir a injeção de resina adicional, como no processo de Moldagem por Transferência de Resina Mesmo Qualificada (SQRTM) (consulte "SQRTM habilita peças em formato líquido").

Para ECOTECH, IAI juntamente com Invent (Braunshweig, Alemanha) lideram um consórcio de 12 membros com a tarefa 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, o IAI ajudou a selecionar e desenvolver tecnologias para redução de peso, custo, consumo de energia, emissões, materiais perigosos e resíduos, que foram validados em três demonstradores em 2017, alcançando uma redução de peso de 10-20% e redução potencial do aquecimento global em mais de 50% em comparação com a prática atual. Na etapa final do ECOTECH, serão validados novos desenvolvimentos em novos materiais e tecnologias de processo na fabricação de quatro demonstradores - termoplásticos, termofixos, metálicos e biomateriais. Esses demonstradores, mais aqueles da OPTICOMS, serão integrados no Demonstrador de Tecnologia Integrada da Estrutura de Aeronaves Clean Sky 2 (ITD), liderado pela Dassault Aviation (Biarritz, França), Airbus DS (Madrid, Espanha) e SAAB (ver “Demonstradores de composto termoplástico - Roteiro da UE para fuselagens futuras ”).

A empresa também está explorando a manufatura aditiva, o monitoramento da integridade estrutural e a transformação de asas, além de estabelecer sua posição na propulsão elétrica - o que considera a próxima era da aviação.

Tudo isso é um bom presságio para o futuro do IAI. “Temos uma combinação única de décadas de experiência em produção, capacidade de desenvolver e implementar tecnologia avançada de compósitos e um relacionamento de longa data com as indústrias aeroespaciais dos Estados Unidos e da Europa”, disse Shalit. “Os mercados aeroespacial comercial e militar estão cada vez mais competitivos e os compostos são uma competência essencial. IAI continuará a fornecer soluções e ajudar a atender às necessidades de nossos parceiros para crescimento futuro. ”