Een niche creëren via het nieuwe, het andere en het moeilijke

Zoals veel bedrijven die composietonderdelen en constructies vervaardigen, kwam Van Horn Aviation (VHA, Tempe, AZ, VS) tot het materiaal met weinig ervaring en kennis, maar een inherente wens om klanten te helpen bij het oplossen van problemen, een bereidheid om te leren en een wens om het bedrijf vooruit te helpen. Ironisch genoeg begon het voor Van Horn Aviation met een propel ler — of, beter gezegd, een rotorblad.

Jim Van Horn richtte het bedrijf op in Tempe in 2000, en zijn businessplan was eenvoudig:Ontwerp en maak vervangende metalen rotorbladen (staart en hoofd) voor helikopters die nog in dienst waren, maar niet meer werden geproduceerd. Dit leek een goed idee. Bell's (Ft. Worth, TX, VS) UH-1 Huey , bijvoorbeeld een van de best verkochte helikopters ter wereld, was niet meer in productie, maar er waren nog duizenden eenheden in dienst. VHA bekeek het staartrotorblad voor dit vliegtuig en zag een lucratieve kans om niet alleen een vervanging te ontwerpen, maar ook een betere vervanging. Hoe meer tijd VHA echter besteedde aan het ontwerp van rotorbladen, hoe duidelijker het werd dat voor een echt optimaal bladontwerp gebruik moest worden gemaakt van composietmaterialen.

Er was slechts één probleem, zegt VHA-president Dean Rosenlof, die kort na de opening van de deuren 18 jaar geleden bij het bedrijf kwam werken:“We hadden nul ervaring in composieten. Om ons lot in eigen hand te houden, wisten we dat we deze mogelijkheid beter in huis konden halen. We waren verantwoordelijk genoeg voor het ontwerp; we moeten verantwoordelijk genoeg zijn om het te halen.”

Hoe transformeert een designhuis zichzelf in een composietfabrikant zonder achtergrond in de fabricage van composieten? “Alles draaide om materiaalaanvoer en leveranciers”, merkt Rosenlof op. VHA was inderdaad afhankelijk van enkele bekende leveranciers van composietmaterialen om het bedrijf te helpen zijn expertise op het gebied van composieten te lanceren:Toray Composite Materials America Inc. (Tacoma, WA, VS), Evonik Foams Inc. (Theodore, AL, VS) en 3M ( St. Paul, MN, VS) lijmen. Uiteindelijk, zegt Rosenlof, moest VHA alleen zelf composieten uitzoeken en geleidelijk zijn eigen composietexpertise opbouwen.

VHA, merkt Rosenlof op, heeft meer dan een decennium besteed aan het perfectioneren van zijn composietmogelijkheden. In het proces heeft het een reputatie opgebouwd voor het ontwerpen en fabriceren van hoogwaardige, krachtige, zeer efficiënte rotorbladen die de OEM-specificaties overtreffen. Als gevolg hiervan is VHA een door Bell gecertificeerde leverancier van vervangende bladen - een zegen van de helikopterfabrikant die streng wordt bewaakt en zeer begeerd. Tegenwoordig heeft VHA drie gevestigde producten:het hoofdrotorblad voor de Bell 206B3 Jet Ranger , het staartrotorblad voor de Bell 206B3/OH-58 Jet Ranger , en de erfenis UH-1 Huey staartrotorblad.

Op de productievloer

Na een evaluatie van de bedrijfsstrategie en positie van VHA, leidt Rosenlof CW naar de productievloer van het bedrijf, waar de meeste van de 28 werknemers van het bedrijf werken. Onderweg wijst hij op enkele van de ontwerpingenieurs die de 'geheime saus' van VHA vertegenwoordigen. Hij merkt op dat VHA bijzonder bedreven is geworden in het optimaliseren van een verscheidenheid aan ontwerpparameters die haar producten opmerkelijk maken. Deze omvatten coëfficiënt van lift en weerstand , het pitchmoment en vibratie .

Helikopterpiloten, legt Rosenlof uit, zijn zeer gevoelig voor het "gevoel" dat een rotorblad overbrengt op de werking en vlucht van de helikopter, dus VHA besteedt veel tijd aan het testen van zijn ontwerpen om de prestaties te verifiëren.

"Roterende bladen zijn een spanningsveld - centrifugaal", merkt hij op. "En een composiet gedraagt ​​zich op dat gebied anders dan een metalen blad." In feite zijn rotorbladen voor helikopters een van de weinige composietstructuren ter wereld die hun voordeel verliezen naarmate ze afvallen. Rosenlof noemt het de “weight bogey”, dat wil zeggen dat een rotorblad dat niet genoeg gedraagt ​​zich anders dan het volledig metalen alternatief. Daarom, zegt Rosenlof, zijn alle bladen van VHA overontworpen om het systeem weer zwaarder te maken.

Bovendien zegt hij:"Mensen in de lucht- en ruimtevaart haten verandering", wat betekent dat een overstap van een metalen rotorblad naar een composiet rotorblad idealiter de prestatiekenmerken moet behouden waaraan de piloot gewend is. Het is een delicaat evenwicht, maar één VHA is erin geslaagd. De bottom line is echter veiligheid, en in dat opzicht heeft het bedrijf uitgeblonken. "Fouten tijdens het testen en ontwikkelen helpen ons om betere bladen te herontwerpen", zegt Rosenlof. “Daar zijn we goed in. Als we naar de markt gaan, moeten we eerst vliegtuig en bemanning geen kwaad doen, en dan kijken naar prestatieverbeteringen. Dat is onze taak.”

De rondleiding laat de ingenieurs achter en komt uit in het productiegebied van de rotorbladen. Zoals veel composietenwinkels, begint de fabricage bij VHA met het snijden van lagen, dat wordt gedaan op een 3 meter lang geautomatiseerd flatbed-snijsysteem dat wordt geleverd door Eastman Machine (Buffalo, NY, VS). De meeste prepreg VHA-toepassingen zijn de unidirectionele versie van Torayca 2510, die is gebaseerd op Toray's T700G 12K-koolstofvezel. Op de buitenste laag van zijn rotorbladen gebruikt VHA de platgeweven versie van Torayca 2510, die is gebaseerd op Toray's T700S 12K-koolstofvezel. Rosenlof zegt dat VHA goede ervaring heeft met de 2510 prepreg, die in of uit de autoclaaf kan worden verwerkt, door Toray als standaardproduct wordt geleverd en direct verkrijgbaar is bij de vezelfabrikant.

Lagen, als ze van de tafel komen, worden uitgerust en voorbereid voor lay-up, wat de volgende stap is, uitgevoerd in een aangrenzende cleanroom. Alle VHA-rotorbladen hebben een sandwichconstructie, bestaande uit een Evonik Rohacell-schuimkern omgeven door de Torayca UD-lagen. VHA bewerkte de kernen aanvankelijk in eigen huis, maar besteedde dat uiteindelijk uit aan Evonik, die het werk doet in zijn fabriek in Mobile, AL, VS.

Lay-up gebeurt met de hand. De hoofdrotorbladen worden in een grote composietvorm in het midden van de kamer gelegd. De staartrotorbladen worden op staande werkbanken geplaatst. De plaatsing van de lagen wordt geleid door markeringen op de mal. Voor gebieden waar de koolstofvezel in direct contact staat met het schuim, zoals verdubbelaars en rondhouten, zijn er verzonken gebieden voorgesneden in het schuim om de plaatsing te begeleiden. VHA gebruikt cauls op al zijn rotorbladen, inclusief, in sommige gebieden, Airtech's (Huntington Beach, CA, VS) Airpad niet-uitgehard, niet-siliconenrubber, dat kan worden gevormd tot drukcaul-vellen en flexibele doornen.

Elk rotorblad dat VHA vervaardigt, bevat een titanium armatuur voor het bevestigen van het rotorblad aan de rotorbladmast, en dit armatuur is een cruciaal onderdeel van elke lay-up. In-house gemaakt door VHA, hebben de armaturen extra laagopbouw eromheen nodig om de integriteit van het rotorblad te behouden.

Afgewerkte rotorbladlay-ups worden overgebracht naar een van de twee autoclaven van VHA, die elk ongeveer 7,3 m lang zijn. De Torayca epoxy prepreg VHA gebruikt een standaard 121°C uitharding.

Na het uitharden worden de rotorbladen overgebracht naar de machinewerkplaats, waar ze worden afgesneden tot de uiteindelijke afmetingen. Het is ook in de machinewerkplaats dat VHA bijna alle metalen onderdelen maakt die in de rotorbladen worden gebruikt, inclusief de titanium bevestigingen en nikkel-slijtstrips voor de voorrand van het rotorblad. VHA bedient twee verticale CNC's, twee horizontale CNC's en een OMAX (Kent, WA, VS) waterstraalsnijder. Drie CNC's worden geleverd door Haas Automation Inc. (Oxnard, CA, VS); één wordt geleverd door DMG Mori Seiki (Nagoya, Japan).

Ten slotte voert VHA rigoureuze tests uit van de rotorbladen die het maakt, en heeft het een verscheidenheid aan armaturen en testmachines die zijn ontworpen om alles te evalueren, van bladbalans tot sterkte- en stijfheidseigenschappen. VHA heeft ook zijn eigen Bell 206B-helikopter, die het gebruikt om dynamische rotorbladeigenschappen te evalueren, inclusief het "gevoel" dat zo belangrijk is voor piloten.

Wanneer CW informeerde naar niet-destructieve inspectie (NDI), maar Rosenlof merkt op dat VHA dat niet doet. “We hebben procesafhankelijke kwaliteit”, zegt hij. "We monitoren temperatuur, druk en tijd, en zolang we daarmee binnen de specificaties blijven, maken we goede rotorbladen." Rosenlof wijst er ook op dat een groot deel van de proces- en kwaliteitscontrole van VHA zich richt op toleranties van het bovenste rotorbladoppervlak, omdat dit de "functionele" kant van een rotorblad is en het meest cruciaal is voor de prestaties van het rotorblad.

Volgende stappen

Het rotorbladwerk van VHA is not done. Het bedrijf ontwikkelt al nieuwe producten, waaronder staart- en hoofdrotorbladen voor de tweemotorige, tweebladige Bell 212, en de tweemotorige, vierbladige, Huey -klasse Bell 412. Rosenlof voegt eraan toe dat VHA werkt aan co-curing-technologieën die een grotere productie-efficiëntie zouden kunnen opleveren.

Aan het einde van onze tour merkt Rosenlof op dat hoewel VHA een relatief kleine onderneming is (het leidinggevend personeel en het personeelsbestand van in totaal 30), het bedrijf een niche voor zichzelf heeft gecreëerd in tegenstelling tot vele anderen, en het heeft dit gedaan door de productiecapaciteit van composieten moedig en vol vertrouwen. Deze niche, hoe robuust hij ook is voor VHA, is niet eenvoudig gebouwd en is in die zin welverdiend. "We zijn", grapt hij, "een 18-jarig succes van de ene op de andere dag."