Israëls aerodefensie hoeksteen klaar voor een groter wereldwijd bereik

Israel Aerospace Industries (IAI) werd opgericht als Bedek Aviation Co. in 1953, vijf jaar na de oprichting van de staat Israël. Het bedrijf, dat toen naast Lod Airport (nu bekend als Ben Gurion International, ten zuidoosten van Tel Aviv) lag, begon met 70 medewerkers. Naarmate Israël zich heeft ontwikkeld, heeft IAI ook vooruitgang geboekt op het gebied van technologie en operaties tot de huidige jaaromzet van US $ 4 miljard, een achterstand van US $ 11 miljard en meer dan 15.000 werknemers (6.000 zijn ingenieurs). Het is het grootste industriële complex in Israël en een wereldleider in een reeks defensietechnologieën.

Hoewel het bedrijf bekend staat om zijn build-to-print (BTP)/build-to-spec (BTS) productiecapaciteiten, is het een OEM voor defensie en ruimtevaart en kan het complete vliegtuigen ontwerpen, tot volledige vluchtcertificering. IAI heeft bijvoorbeeld de volledige verantwoordelijkheid gehad voor het ontwerp en de analyse, het testen op de grond en tijdens de vlucht, de fabricage en de montage van de G150 en G280 zakenvliegtuigen voor Gulfstream Aerospace Corp. (Savannah, GA, VS). IAI behaalde gezamenlijke certificering van de G150 zakenjet met de Amerikaanse, Europese en Israëlische luchtvaartautoriteiten.

De composietactiviteiten van IAI omvatten de fabricage van onderdelen en assemblages voor zakenvliegtuigen en commerciële vliegtuigen, onbemande luchtvaartuigen (UAV's) en militaire vliegtuigen. Geproduceerde onderdelen omvatten verticale en horizontale stabilisatoren, roeren, vleugelconstructies, motorgondels, vloerbalken, deuromlijstingen, structurele schotten, ribben en verstijvers, stuurvlakken, stroomlijnkappen en radomes. Tot de productiemogelijkheden behoren prepreg-handlayup en automatische tape-layup (ATL), hot drape-vorming, autoclaaf en out-of-autoclave-uitharding (OOA) inclusief vloeibare gietprocessen, zoals harsinfusie en harsoverdrachtgieten (RTM), plus complexe verlijming en montage. Het bedrijf ontwerpt en bouwt ook zijn eigen gereedschap, is in het bezit van alle belangrijke kwaliteitscertificeringen voor lucht- en ruimtevaart en composieten en biedt kwaliteitsborging via uitgebreide niet-destructieve tests en inspecties.

IAI promoot zichzelf als een one-stop-shop, die volledig ontwerp en analyse, engineering, prototyping en productiediensten aanbiedt, evenals het beheer van complexe toeleveringsketens. De campus beslaat vele hectaren en talrijke gebouwen, waarvan er 17 de composieten-gerelateerde productie en assemblage huisvesten.

CW De rondleiding werd geleid door IAI directeur marketing en business Eitan Shalit, directeur van R&D-programma's Hary Rosenfeld en Dr. Zev Miller, manager composietmaterialen en -processen binnen IAI's Engineering &Development Group. De rondleiding werd voorafgegaan door een bedrijfsoverzicht in IAI's nieuwe Aero-assemblies Div. productiegebouw voor composieten.

Militaire vliegtuigen en UAV-operaties

Een van de belangrijkste composietprogramma's van IAI is de productie van de met koolstofvezel versterkte bismaleïmide boven- en onderhuid voor de buitenvleugels van de F-35 Lightning II Jet. Een volledig geautomatiseerde assemblagelijn die speciaal voor dit programma werd gebouwd, werd in 2014 in gebruik genomen (Fig. 1). IAI vierde de levering van de 10e scheepsset vleugelconstructies aan Lockheed Martin (Bethesda, MD, VS) in juli 2016 en zal tegen 2034 meer dan 800 paar produceren.

De relatie van het bedrijf met Lockheed Martin begon met het militaire F-16-vliegtuig. IAI vervaardigde de verticale stabilisator voor verschillende F-16-varianten. De skins voor dit breukkritieke onderdeel zijn gemaakt om te printen, met behulp van met de hand gelegde, unidirectionele prepreg van koolstofvezel en autoclaafuitharding.

Het bedrijf produceerde ook de verticale stabilisator en het roer voor de McDonnell Douglas F-15 straaljager, nu ondersteund door Boeing, die boor/epoxycomposieten gebruikt. Voor de Sikorsky (Stratford, CT, VS) UH-60 Black Hawk helikopter horizontale stabilisator, IAI ontwikkelde een one-shot koolstofvezelversterkte polymeer (CFRP) prepreg-proces voor de 2 meter lange integrale composietdoos. Deze vluchtkritische structuur zorgde voor een besparing van 20% in gewicht en kosten ten opzichte van de vorige metalen constructie. IAI nam het deel van ontwerp tot eerste levering binnen 9 maanden in 2003 op zich en heeft tot op heden 1.500 scheepssets geproduceerd in zijn RAMTA-divisie in Be'er Sheva in het zuiden.

IAI heeft uitgebreide ervaring in het ontwerpen en produceren van UAV's, te beginnen met zijn Scout op afstand bestuurd vliegtuigsysteem (RPAS) in 1978. Scout werd gevolgd door de Pionier , Ranger en Jager vliegtuigen, allemaal met 100% composietstructuren, gemaakt met behulp van natte lay-up koolstofweefsel / epoxyhuiden en honingraatkern. Dit ging later over op CF prepreg en Rohacell polymethacrylimide (PMI) schuimkern van Evonik (Essen, Duitsland).

Huidige productie omvat de Searcher Mk III , het Vogeloog familie van vliegtuigen, Panther Vaste vleugel en Hovermast 100 verticaal opstijgen en landen (VTOL) vliegtuigen en de Heron familie van onbemande vliegtuigen. De meest geavanceerde variant, de Heron TP , meet 14 meter lang met een spanwijdte van 26 meter. Het is een middelhoge, lange uithoudingsvermogen (MALE) UAV, die 40 uur op een hoogte van 13.716 meter kan vliegen. "Al onze UAV-aerostructuren zijn 100% composiet", merkt Miller op.

Commerciële vliegtuigcomposieten

IAI is een Tier 1-leverancier voor OEM's van commerciële vliegtuigen en een hoofdaannemer voor de Gulfstream G280 zakenvliegtuig. Het bouwt het groene vliegtuig en vliegt ze naar het Gulfstream-voltooiingscentrum in Dallas, TX, VS. In 2009 CW schreef over IAI's ontwikkeling van een RTM-roer voor wat nu de G280 is (zie “RTM showcase:One-Piece Roer”). IAI had in feite de Galaxy/Astra . ontworpen en gebouwd executive jet, waar Gulfstream de rechten op verwierf in 2001 en noemde ze de G100 en G200 , respectievelijk. De G280 , de nieuwste in deze lijn, biedt plaats aan twee tot tien passagiers. Het buitenoppervlak is 35% composiet vergeleken met 12% voor de G100 .

De G280 horizontale stabilisator is een in de autoclaaf uitgeharde integrale structuur. Het bestaat uit voorgeharde stringers samengebonden met lijm op een CF/epoxy prepreg huid. De verticale stabilisator is een hybride aluminium en prepreg geautoclaveerde structuur, terwijl de lift een sandwichconstructie is, met behulp van CF/epoxy prepreg skins en Nomex honingraatkern. De roercomponenten worden nu geproduceerd bij NCC (North Coast Composites, Cleveland, OH, VS) en geassembleerd in de RAMTA-divisie van IAI, in Be'er Sheva. G280 wing-to-body stroomlijnkappen gebruiken een CF-voorvorm gemaakt met platbinding stof aan de ene kant en non-crimp stof aan de andere kant, met de twee lagen aan elkaar gestikt. Deze voorvorm en Rohacell-schuimkern zijn doordrenkt met epoxyhars en uitgehard met alleen een vacuümzak (VBO) in een oven op 180°C.

Uitgerust voor verhoogde productie

IAI heeft zes cleanrooms. Vijf daarvan (totaal vloeroppervlak van 3.010 m2) behoren tot de Aero-assemblies Div., de belangrijkste IAI-faciliteit voor de fabricage en assemblage van composietonderdelen. Hoewel elke cleanroom gespecialiseerd is in de unieke productiebehoeften van zijn klanten, zijn ze allemaal uitgerust met geavanceerde layup-technologieën:ofwel met een 16-bij-3m contour tape layup (CTL)-machine van Fives Cincinnati (Hebron, KY, VS), een 15- by-3m automatic tape layup (ATL) machine van MTorres (Navarra, Spanje) of, voor handmatige layup, een laserprojectiesysteem, geleverd door Virtek Vision (Waterloo, ON, Canada).

Anders in de faciliteit:

• IAI heeft prepreg-vriezeropslagcapaciteiten van 193m2. Het bedrijf heeft ook geïnvesteerd in Plataine's (Waltham, MA, VS) Total Production Optimization (TPO)-software om niet alleen het snijden en nesten van prepreg te optimaliseren, maar ook het materiaalgebruik, waardoor het prepreg-afval en het grondstofverbruik met 5% worden verminderd. Bovendien heeft de software de productie geautomatiseerd, waardoor handmatige taken en het bijbehorende risico op fouten worden verminderd.
• De productiecapaciteit van IAI is aanzienlijk, met 10 autoclaven, waarvan er zeven behoren tot de Aero-assemblies Div. en variëren in grootte van 4,5 m lang en 2 m diameter, tot de grootste met 14 m lang en 4,7 m diameter.
• Prepreg-lay-ups worden voorafgaand aan uitharding ontbulderd met behulp van een hot drape-vormmachine (6,9 bij 2,7 bij 3,1 m) van Electrotherm Industry (Migdal HaEmek, Israël).
• Voor niet-destructieve inspectie van composietonderdelen beschikt de divisie over verschillende machines en technieken:vier machines met onderdompeling in watertanks met phased-array ultrasoon testen (UT), twee door middel van transmissie ultrasound (TTU) portaalmachines en twee 3D-robotsystemen die de keuze bieden van wide-area phased array TTU met watersquirters, phased array pulse echo met skin bubblers (lage waterstroom voor koppeling aan deeloppervlak) of luchtgekoppelde phased array UT.

De Aero-assemblages Div. heeft ook drie CNC-machines, variërend van 7 bij 3,5 m, voor het trimmen en boren van composietonderdelen en gedeelde CMM-apparatuur voor dimensionale inspectie. De drie spuiterijen en vijf montagehallen van de divisie beslaan een totale oppervlakte van 2.350 m2.

RTM automatiseren

Direct tegenover de Aero-assemblies Div. composietproductiefaciliteit is het gebouw waarin IAI's R&D-lab voor RTM is gehuisvest, inclusief een geautomatiseerde preforming-cel (zie Meer informatie). "Dit is oorspronkelijk ontwikkeld voor Bell 525 helikopterstoelen”, zegt Rosenfeld, “maar we zouden ons ook kunnen aanpassen voor andere vergelijkbare platforms.” IAI ontwikkelde de preforming-technologie samen met Techni-Modul Engineering (Coudes, Frankrijk) om de handmatige layup van prepreg te vervangen. Het stoelontwerp, ontwikkeld om te voldoen aan de vereisten voor helikoptercrashes, maakt gebruik van een combinatie van versterkingen. Rosenfeld legt uit:"De stoel vervormt met de vloer tijdens een botsing en moet dan maximale acceleratiebelastingen weerstaan." Glasvezel zorgt voor de nodige flexibiliteit en slagvastheid, terwijl koolstofvezel zorgt voor de stevigheid.

"Deze helikopterstoel was gericht op het bieden van pariteit met de prepreg-basislijn, maar we kunnen hem verder optimaliseren voor prestaties en een laag gewicht", zegt Miller. De cel is ingericht met een geautomatiseerd materiaaltoevoerstation dat versterkingen levert aan een geautomatiseerde snijmachine. Een pick-and-place robot van ABB (Zürich, Zwitserland) verplaatst vervolgens de droge weefsellagen naar een voorvormgereedschap. Er zijn speciale grijpers ontwikkeld, waaronder een sensor om te controleren of de laag is bevestigd. De robotarm heeft ook sensoren om de positie van elke laag te controleren wanneer deze wordt geplaatst met behulp van laserprojectie. Een camera valideert de oriëntatie en positie van de laag versus standaardbeelden die zijn opgenomen in een referentiedatabase.

Een gegoten siliconen zak zorgt voor een herbruikbaar vacuümmembraan tijdens het debulken, dat zes keer wordt uitgevoerd. Vervolgens wordt de gecomprimeerde voorvorm overgebracht naar een gereedschap waar ultrasoon trimmen wordt uitgevoerd. Er is geen trimmen nadat het onderdeel is gegoten. Ten slotte wordt de getrimde voorvorm in een set bijpassende stalen RTM-mallen geplaatst.

De gebruikte hars is de ééncomponent Prism EP-2400 geharde epoxy van Solvay (Brussel, België). Het wordt eerst ontgast en vervolgens geïnjecteerd met behulp van een unit geleverd door Isojet Equipments (Corbas, Frankrijk). “Meestal besteed je veel tijd aan het schoonmaken van de lijnen en mallen, maar we hebben de injectie-opstelling heel eenvoudig gehouden, zodat we een minimale hoeveelheid hoeven te reinigen”, zegt Rosenfeld. De hars wordt verwarmd tot 80°C om de viscositeit te verlagen voor een betere vloei en vezelbevochtiging tijdens de injectie. "Dit is volledig geautomatiseerd en gesynchroniseerd met de pers", merkt Rosenfeld op. De mal, voorverwarmd tot 120°C, wordt vervolgens gesloten, vacuüm aangebracht en de hars wordt geïnjecteerd. Alleen vacuüm wordt gebruikt om de hars door de voorvorm te laten stromen. Zowel de temperatuur als de druk in de matrijs worden verhoogd tot 180°C en een druk van 6 bar gedurende een vormcyclus van 2 uur.” De mal wordt afgekoeld tot 50°C, geopend en het afgewerkte onderdeel wordt verwijderd.

Toekomstige composieten bevorderen

Een aangrenzende ruimte in het RTM-lab herbergt testapparatuur, waaronder tweecomponenten-injectiemachines om nieuwe RTM-harsen te testen:R&D is een belangrijk aandachtspunt voor IAI. Het heeft ervaring in meer dan 86 Door de EU gefinancierde samenwerkingen met meerdere partners, waaronder:

• Het TANGO-project, waarin composietconstructies voor romp, vleugel en middenvleugel werden gedemonstreerd. Als onderdeel van TANGO ontwierp en vervaardigde IAI drie grote CFRP-vleugelribben, tot 1,7 m lang, met integrale sinusvormige versteviging en flenzen die in één keer zijn gegoten, met behulp van niet-krimpende stof en RTM.
• CONDICOMP, georganiseerd om materiaalstatusbeheer te ontwikkelen tijdens composietuithardingsprocessen.
• ALCAS, dat tot doel had de fabricagekosten van composiet vliegtuigonderdelen te verlagen.
• IFATS, opgericht om de autonomie van vliegtuigen te vergroten.

Drie andere programma's verdienen speciale aandacht. Binnen het 8-jarige MAAXIMUS-project, geleid door Airbus om composiet casco's te verbeteren, kreeg IAI de taak om structurele details te bestuderen - inclusief laaghangingen en uitloop van de stringer (afsluitingen die typisch zijn bij productieonderbrekingen, zoals de omtrekverbindingen van de hoofdromp) - en het onderzoeken van opties om kracht en gewicht te verbeteren. Voor elk detail voerde IAI sterktevoorspellingen uit, met behulp van computer-aided design and engineering (CAD/CAE) en FEM-analyse, ontwierp en vervaardigde relevante testspecimens en vergeleek de testresultaten met analyses. De eindresultaten werden in het algemene programma gebruikt om aanbevelingen te doen voor toekomstig vliegtuigontwerp en -productie.

In LOCOMACHS was IAI een van de 31 bedrijven die zich richtten op het aanzienlijk verminderen of elimineren van de meest tijdrovende en dus dure maar niet-waardetoevoegende operaties bij de assemblage van composiet casco's, zoals tijdelijke montage om gaten te controleren, vulplaten, demontage en gereedschap behandeling. IAI werkte samen met projectcoördinator SAAB Aeronautics (Linköping, Zweden) en partners GKN Aerospace (Redditch, VK), Turkish Aerospace Industries (Ankara) en het Netherlands Aerospace Centre (NLR, Amsterdam) om de Lean Assembled Wing Box (LAWiB) te bouwen (zie Meer informatie) en meer Integrated Wing Box (MIWiB)-demonstrators. Het produceerde CF/epoxy stringers met behulp van non-crimp stof (NCF) geleverd door SAERTEX (Saerbeck, Duitsland). Deze stringers werden samengebonden met de NCF-huid. De resulterende onderdelen elimineerden opvulstukken op de bovenste huid-spar-interface en verminderden het aantal bevestigingsmiddelen voor een 30% verlaging van de arbeidskosten voor de montage. Miller ziet mogelijk gebruik voor deze concepten op andere constructies, inclusief kleinere vleugels en staarten.

Momenteel neemt IAI het voortouw in twee composiet-intensieve Clean Sky 2-projecten:OPTICOMS (Optimized Composite Structures for Small Aircraft) en ECOTECH eco-vriendelijk innovatief casco. Als coördinator werkt IAI samen met het OPTICOMS-team, waaronder Piaggio Aircraft (Genua, Italië), Coriolis Composites (Quéven, Frankrijk), DANOBAT (Elgoibar, Spanje) en TechniModul Engineering — om automatisering aan te tonen in composietstructuren met een klein volume om de kosten. De 7 meter lange vleugeldemonstrator van Piaggio Aircraft heeft een integrale spar/huidconstructie die in één keer is geproduceerd. Verschillende technologieën worden beoordeeld om het meest kosteneffectieve productieproces te bepalen. Een nieuwe methode is Final Pressure Transfer Molding (FPTM). Het FPTM-proces, ontwikkeld door TechniModul Engineering, de partner van IAI voor zijn geautomatiseerde RTM-cel, injecteert lucht of gas in een gesloten holte om een ​​druk tot 10 bar uit te oefenen terwijl thermohardende prepreg wordt uitgehard in verwarmde, op elkaar afgestemde mallen. De resulterende OOA-onderdelen zijn naar verluidt vergelijkbaar met in de autoclaaf uitgeharde prepreg, maar zonder de injectie van extra hars, zoals in het Same Qualified Resin Transfer Molding (SQRTM)-proces (zie "SQRTM maakt netvormige onderdelen mogelijk").

Voor ECOTECH leidt IAI samen met Invent (Braunshweig, Duitsland) een 12-koppig consortium dat is belast met het ontwikkelen van nieuwe materialen, processen en recyclingtechnologieën om de ecologische voetafdruk van de vliegtuigproductie te verkleinen. Als onderdeel van het vorige Eco-Design-project hielp IAI bij het selecteren en ontwikkelen van technologieën voor het verminderen van gewicht, kosten, energieverbruik, emissies, gevaarlijke materialen en afval, die in 2017 werden gevalideerd op drie demonstrators, waardoor een gewichtsvermindering van 10-20% werd bereikt en mogelijke vermindering van de opwarming van de aarde met meer dan 50% in vergelijking met de huidige praktijk. In de laatste fase van ECOTECH zal de verdere ontwikkeling van nieuwe materialen en procestechnologieën worden gevalideerd bij de vervaardiging van vier demonstrators:thermoplasten, thermoharders, metaal en biomateriaal. Deze demonstrators, plus die van OPTICOMS, zullen worden geïntegreerd in de Clean Sky 2 Airframe Integrated Technology Demonstrator (ITD), geleid door Dassault Aviation (Biarritz, Frankrijk), Airbus DS (Madrid, Spanje) en SAAB (zie "Demonstrators van thermoplastisch composiet — EU-roadmap voor toekomstige casco's").

Het bedrijf onderzoekt ook additive manufacturing, structurele gezondheidsmonitoring en veranderende vleugels, en vestigt ook zijn positie in elektrische voortstuwing - wat het ziet als het volgende tijdperk van de luchtvaart.

Dit alles belooft veel goeds voor de toekomst van IAI. "We hebben een unieke combinatie van decennialange productie-ervaring, het vermogen om geavanceerde composiettechnologie te ontwikkelen en te implementeren en een langdurige relatie met zowel de Amerikaanse als de Europese lucht- en ruimtevaartindustrie", zegt Shalit. “De commerciële en militaire luchtvaartmarkten worden steeds competitiever en composieten zijn een sleutelcompetentie. IAI zal oplossingen blijven bieden en helpen voldoen aan de behoeften van onze partners voor toekomstige groei.”