Hacer un hueco a través de lo nuevo, lo diferente y lo difícil

Como muchas empresas que fabrican piezas y estructuras compuestas, Van Horn Aviation (VHA, Tempe, AZ, EE. UU.) Llegó al material con poca experiencia y conocimiento, pero con un deseo inherente de ayudar a los clientes a resolver problemas, la voluntad de aprender y un deseo de impulsar la empresa hacia adelante. Irónicamente, para Van Horn Aviation, comenzó con una propulsión ler - o, más precisamente, una pala de rotor.

Jim Van Horn fundó la compañía en Tempe en 2000, y su plan de negocios era simple:diseñar y fabricar palas de rotor metálicas de repuesto (cola y principal) para helicópteros que todavía estaban en servicio, pero que ya no se fabricaban. Esto parecía una buena idea. Bell's (Ft. Worth, TX, EE. UU.) UH-1 Huey , por ejemplo, uno de los helicópteros más vendidos en el mundo, ya no estaba en producción, pero todavía había miles de unidades en servicio. VHA examinó la pala del rotor de cola de este avión y vio una oportunidad lucrativa no solo para diseñar un reemplazo, sino una mejor reemplazo. Sin embargo, cuanto más tiempo dedicaba VHA al diseño de las palas del rotor, más evidente resultaba que un diseño de palas verdaderamente óptimo requería el uso de materiales compuestos.

Solo había un problema, dice el presidente de VHA, Dean Rosenlof, quien se unió a la compañía poco después de que se abrieran las puertas hace 18 años:“No teníamos experiencia en materiales compuestos. Para poder controlar nuestro destino, sabíamos que era mejor llevar esta capacidad internamente. Fuimos lo suficientemente responsables del diseño; tenemos que ser lo suficientemente responsables para lograrlo ”.

¿Cómo se transforma una casa de diseño en un fabricante de composites sin experiencia en la fabricación de composites? “Todo se trataba de proveedores y suministro de material”, señala Rosenlof. De hecho, VHA dependía de algunos proveedores de materiales compuestos conocidos para ayudar a la empresa a lanzar su experiencia en compuestos:Toray Composite Materials America Inc. (Tacoma, WA, EE. UU.), Evonik Foams Inc. (Theodore, AL, EE. UU.) Y 3M ( St. Paul, MN, EE. UU.). En última instancia, dice Rosenlof, VHA tuvo que descubrir los compuestos por su cuenta y construir gradualmente su propia experiencia en compuestos.

VHA, señala Rosenlof, ha pasado más de una década perfeccionando sus capacidades de compuestos. En el proceso, se ha ganado la reputación de diseñar y fabricar palas de rotor de alta calidad, alto rendimiento y alta eficiencia que superan las especificaciones de los fabricantes de equipos originales. Como resultado, VHA es un proveedor certificado por Bell de palas de repuesto, una bendición del fabricante de helicópteros que está estrechamente protegido y es muy codiciado. En la actualidad, VHA tiene tres productos establecidos:la pala del rotor principal del Bell 206B3 Jet Ranger , la pala del rotor de cola del Bell 206B3 / OH-58 Jet Ranger y el legado UH-1 Huey pala del rotor de cola.

En el piso de producción

Tras una revisión de la estrategia comercial y la posición de VHA, Rosenlof lidera CW a la planta de producción de la empresa, donde trabajan la mayoría de los 28 empleados de la empresa. En el camino, señala a algunos de los ingenieros de diseño que representan la "salsa secreta" de VHA. Señala que VHA se ha vuelto particularmente hábil en optimizar una variedad de parámetros de diseño que hacen que sus productos sean notables. Estos incluyen coeficiente de elevación y arrastre , el momento de lanzamiento y vibración .

Los pilotos de helicópteros, explica Rosenlof, son muy sensibles a la "sensación" que una pala de rotor transmite al funcionamiento y vuelo del helicóptero, por lo que VHA pasa mucho tiempo probando sus diseños para verificar el rendimiento.

“Las cuchillas giratorias son un campo de tensión, centrífugo”, señala. "Y un compuesto se comporta de manera diferente en ese campo que una hoja metálica". De hecho, las palas de los rotores de helicópteros son una de las pocas estructuras compuestas del mundo que pierden ventaja a medida que pierden peso. Rosenlof lo llama el "fantasma del peso", es decir, una pala de rotor que no es suficientemente pesada se comporta de manera diferente a la alternativa totalmente metálica. Debido a esto, dice Rosenlof, todas las hojas de VHA están sobrediseñadas para agregar peso al sistema.

Además de eso, dice, "La gente en la industria aeroespacial odia el cambio", lo que significa que un cambio de una pala de rotor metálica a una pala de rotor compuesta debería, idealmente, preservar las características de rendimiento a las que el piloto está acostumbrado. Es un equilibrio delicado, pero VHA lo ha logrado con habilidad. Sin embargo, lo fundamental es la seguridad y, en ese sentido, la empresa se ha destacado. “Las fallas durante las pruebas y el desarrollo nos ayudan a rediseñar mejores blades”, dice Rosenlof. “Somos buenos en eso. Cuando vayamos al mercado, primero no debemos dañar a la aeronave ni a la tripulación, y luego analizar las mejoras de rendimiento. Ese es nuestro trabajo ".

El recorrido deja atrás a los ingenieros y emerge en el área de producción de palas de rotor. Como muchos talleres de materiales compuestos, la fabricación en VHA comienza con el corte de capas, que se realiza en un sistema de corte plano automatizado de 3 m de largo suministrado por Eastman Machine (Buffalo, NY, EE. UU.). La mayoría de los usos preimpregnados de VHA es la versión unidireccional de Torayca 2510, que se basa en la fibra de carbono de remolque T700G 12K de Toray. En la capa exterior de las palas de su rotor, VHA utiliza la versión de tejido liso de Torayca 2510, que se basa en la fibra de carbono de remolque T700S 12K de Toray. Rosenlof dice que VHA ha tenido una buena experiencia con el preimpregnado 2510, que puede procesarse dentro o fuera del autoclave, es suministrado por Toray como un producto básico y está disponible fácilmente a través del fabricante de fibra.

Las capas, a medida que salen de la mesa, se equipan y preparan para la colocación, que es el siguiente paso, que se realiza en una sala limpia adyacente. Todas las palas del rotor VHA cuentan con una construcción tipo sándwich, que comprende un núcleo de espuma Evonik Rohacell rodeado por las capas Torayca UD. VHA inicialmente mecanizó los núcleos internamente, pero finalmente lo contrató a Evonik, que hace el trabajo en sus instalaciones en Mobile, AL, EE. UU.

La colocación se realiza a mano. Las palas del rotor principal se colocan en un gran molde compuesto en el centro de la sala. Las palas del rotor de cola se colocan en bancos de trabajo de pie. La colocación de las capas está guiada por marcas en el molde. Para las áreas donde la fibra de carbono está en contacto directo con la espuma, como los dobles y los largueros, hay áreas empotradas precortadas en la espuma para guiar la colocación. VHA utiliza selladores en todas sus palas de rotor, incluido, en algunas áreas, el caucho sin silicona sin curar Airpad de Airtech (Huntington Beach, CA, EE. UU.), Que se puede formar en láminas de sellador a presión y mandriles flexibles.

Cada pala de rotor que fabrica VHA incluye un accesorio de titanio para unir la pala del rotor al mástil de la pala del rotor, y este accesorio es una parte fundamental de cada disposición. Fabricados internamente por VHA, los accesorios requieren capas adicionales alrededor de ellos para mantener la integridad de las palas del rotor.

Las capas de palas de rotor terminadas se transfieren junto a uno de los dos autoclaves de VHA, cada uno de los cuales mide aproximadamente 7,3 m de largo. El preimpregnado epoxi de Torayca que utiliza VHA requiere un curado estándar a 121 ° C.

Después del curado, las palas del rotor se transfieren al taller de maquinaria, donde se recortan a las dimensiones finales. También es en el taller de máquinas donde VHA fabrica casi todas las piezas metálicas utilizadas en las palas del rotor, incluidos los accesorios de titanio y las tiras de abrasión de níquel para el borde de ataque de las palas del rotor. VHA opera dos CNC verticales, dos CNC horizontales y una cortadora de chorro de agua OMAX (Kent, WA, EE. UU.). Haas Automation Inc. (Oxnard, CA, EE. UU.) Suministra tres CNC; uno es suministrado por DMG Mori Seiki (Nagoya, Japón).

Finalmente, VHA lleva a cabo pruebas rigurosas de las palas del rotor que fabrica y tiene una variedad de accesorios y máquinas de prueba diseñadas para evaluar todo, desde el equilibrio de las palas hasta las propiedades de resistencia y rigidez. VHA también tiene su propio helicóptero Bell 206B, que utiliza para evaluar las propiedades dinámicas de las palas del rotor, incluida la "sensación" que es tan importante para los pilotos.

Cuando CW preguntó acerca de la inspección no destructiva (NDI), sin embargo, Rosenlof señala que VHA no hace ninguna. “Tenemos una calidad que depende del proceso”, dice. "Controlamos la temperatura, la presión y el tiempo, y siempre que estemos dentro de las especificaciones, estaremos haciendo buenas palas de rotor". Rosenlof también señala que gran parte del proceso y control de calidad de VHA se centra en las tolerancias de la superficie superior de la pala del rotor porque este es el lado "funcional" de una pala del rotor y es más crítico para el rendimiento de la pala del rotor.

Pasos siguientes

El trabajo de las palas del rotor de VHA no está terminado. La empresa ya está desarrollando nuevos productos, incluidas las palas del rotor principal y de cola para el Bell 212 bimotor de dos palas y el Huey bimotor de cuatro palas. -clase Bell 412. Rosenlof agrega que VHA está trabajando en tecnologías de curado conjunto que podrían generar mayores eficiencias de fabricación.

Al concluir nuestro recorrido, Rosenlof señala que, aunque VHA es una operación relativamente pequeña (su personal gerencial y su fuerza laboral asciende a 30), la compañía ha creado un nicho para sí misma a diferencia de muchas otras, y lo ha hecho implementando la capacidad de fabricación de compuestos con audacia y con confianza. Este nicho, tan robusto como es para VHA, no se construyó de manera simple y, en ese sentido, está bien ganado. "Somos", bromea, "un éxito de la noche a la mañana de 18 años".