La piedra angular de la aerodefensa de Israel está preparada para un mayor alcance global

Israel Aerospace Industries (IAI) se estableció como Bedek Aviation Co. en 1953, cinco años después de la creación del Estado de Israel. Luego, ubicada junto al aeropuerto de Lod (ahora conocido como Ben Gurion International, al sureste de Tel Aviv), la empresa comenzó con 70 empleados. A medida que Israel se ha desarrollado, también lo ha hecho el IAI, avanzando en tecnología y operaciones a su facturación anual actual de 4.000 millones de dólares, una cartera de pedidos de 11.000 millones de dólares y más de 15.000 empleados (6.000 son ingenieros). Es el complejo industrial más grande de Israel y líder mundial en una variedad de tecnologías de defensa.

Aunque la compañía es reconocida por sus capacidades de producción de construcción para imprimir (BTP) / construcción según especificaciones (BTS), es un OEM aeroespacial y de defensa total y puede diseñar aeronaves completas, procediendo a la certificación de vuelo completa. Un ejemplo de ello es que IAI ha tenido la responsabilidad total del diseño y análisis, las pruebas en tierra y en vuelo, la fabricación y el montaje del G150 . y G280 jets de negocios para Gulfstream Aerospace Corp. (Savannah, GA, EE. UU.). IAI logró la certificación conjunta del G150 jet de negocios con las autoridades de aviación de EE. UU., Europa e Israel.

Las operaciones de materiales compuestos del IAI abarcan la fabricación de piezas y ensamblajes para jets ejecutivos y aviones comerciales, vehículos aéreos no tripulados (UAV) y aviones militares. Las piezas producidas incluyen estabilizadores verticales y horizontales, timones, estructuras de alas, góndolas de motor, vigas de piso, marcos de puertas, mamparos estructurales, nervaduras y refuerzos, superficies de control, carenados y radomos. Entre sus capacidades de fabricación se encuentran el laminado manual de preimpregnado y el laminado automático de cinta (ATL), formación de cortinas en caliente, curado en autoclave y fuera de autoclave (OOA), incluidos los procesos de moldeo líquido, como la infusión de resina y el moldeo por transferencia de resina (RTM), más unión y montaje complejos. La compañía también diseña y construye sus propias herramientas, posee todas las certificaciones clave de calidad aeroespacial y de compuestos y proporciona garantía de calidad a través de pruebas e inspecciones no destructivas integrales.

IAI se promociona a sí mismo como una ventanilla única, que ofrece servicios completos de diseño y análisis, ingeniería, creación de prototipos y producción, así como gestión de cadenas de suministro complejas. Su campus se extiende por muchos acres y numerosos edificios, 17 de los cuales albergan su fabricación y ensamblaje relacionados con materiales compuestos.

CW La gira fue dirigida por el director de marketing y negocios del IAI, Eitan Shalit, el director de programas de I + D Hary Rosenfeld y el Dr. Zev Miller, gerente de materiales compuestos y procesos dentro del Grupo de Ingeniería y Desarrollo del IAI. La gira fue precedida por una descripción general de la compañía en la nueva División de ensamblajes aéreos del IAI. edificio de producción de materiales compuestos.

Operaciones de aviones militares y UAV

Uno de los programas de compuestos clave de IAI es la producción de las cubiertas superior e inferior de bismaleimida reforzada con fibra de carbono para las alas exteriores del F-35 Lightning II chorro. En 2014 se inauguró una línea de montaje totalmente automatizada construida específicamente para este programa (Fig. 1). IAI celebró la entrega del décimo conjunto de estructuras de alas a Lockheed Martin (Bethesda, MD, EE. UU.) En julio de 2016 y está programado para producir más de 800 pares para 2034.

La relación de la empresa con Lockheed Martin comenzó con el avión militar F-16. IAI fabricó el estabilizador vertical para varias variantes de F-16. Los revestimientos de esta parte crítica para las fracturas están fabricados para imprimir, utilizando preimpregnación de fibra de carbono unidireccional colocada a mano y curado en autoclave.

La compañía también produjo el estabilizador vertical y el timón para el avión de combate McDonnell Douglas F-15, ahora con el apoyo de Boeing, que utiliza compuestos de boro / epoxi. Para el Sikorsky (Stratford, CT, EE. UU.) UH-60 Black Hawk estabilizador horizontal de helicóptero, IAI desarrolló un proceso preimpregnado de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) de una sola vez para la caja compuesta integral de 2 m de largo. Esta estructura crítica para el vuelo logró un ahorro del 20% en peso y costo en comparación con el ensamblaje de metal anterior. IAI tomó la parte desde el diseño hasta la primera entrega en 9 meses en 2003 y hasta la fecha ha producido 1.500 conjuntos de embarcaciones en su división RAMTA en Be’er Sheva, al sur.

IAI tiene una amplia experiencia en el diseño y producción de UAV, comenzando con su Scout sistema de aeronaves pilotadas a distancia (RPAS) en 1978. Scout fue seguido por el Pioneer , Guardabosques y Hunter aviones, todos con estructuras 100% compuestas, fabricadas con tejido de carbono laminado húmedo / pieles epoxi y núcleo de panal. Esto luego pasó a CF preimpregnado y núcleo de espuma de polimetacrilimida (PMI) Rohacell de Evonik (Essen, Alemania).

La producción actual incluye el Searcher Mk III , el ojo de pájaro familia de aviones, Panther Ala fija y Hovermast 100 aviones de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) y el Heron familia de aviones no tripulados. La variante más avanzada, el Heron TP , mide 14 m de largo con una envergadura de 26 m. Es un UAV de altitud media y larga resistencia (MALE), capaz de volar a una altitud de 13.716 m durante 40 horas. "Todas nuestras aeroestructuras de UAV son 100% compuestas", señala Miller.

Composites de aviones comerciales

IAI es un proveedor de nivel 1 para fabricantes de equipos originales de aviones comerciales y un contratista principal para el Gulfstream G280 jet de negocios. Construye los aviones ecológicos y los lleva en avión al centro de terminación de Gulfstream en Dallas, TX, EE. UU. En 2009, CW escribió sobre el desarrollo de IAI de un timón RTM para lo que ahora es el G280 (ver “Exhibición de RTM:Timón de una pieza”). IAI, de hecho, diseñó y construyó el Galaxy / Astra jet ejecutivo, del que Gulfstream adquirió los derechos en 2001, y los calificó como G100 y G200 , respectivamente. El G280 , el último de esta línea, tiene capacidad para dos a diez pasajeros. Su superficie exterior es un 35% de material compuesto en comparación con el 12% del G100 .

El G280 El estabilizador horizontal es una estructura integral curada en autoclave. Comprende larguerillos precurados unidos con adhesivo a una piel preimpregnada de CF / epoxi. El estabilizador vertical es una estructura híbrida de aluminio y preimpregnado en autoclave, mientras que el elevador es una construcción tipo sándwich, que utiliza revestimientos preimpregnados de CF / epoxi y núcleo de nido de abeja Nomex. Los componentes del timón ahora se producen en NCC (North Coast Composites, Cleveland, OH, EE. UU.) Y se ensamblan en la división RAMTA del IAI, en Be’er Sheva. G280 Los carenados de ala a cuerpo utilizan una preforma CF hecha con tela de ligamento tafetán en un lado y tela que no se arruga en el otro, con las dos capas cosidas entre sí. Esta preforma y el núcleo de espuma Rohacell se infunden con resina epoxi y se curan solo con bolsa de vacío (VBO) en un horno a 180 ° C.

Equipado para aumentar la producción

IAI tiene seis salas blancas. Cinco de ellos (área de piso total de 3,010m2) pertenecen a su División de Aeromontajes, que es la principal instalación del IAI para la fabricación y ensamblaje de piezas compuestas. Aunque cada sala limpia está especializada para las necesidades de producción únicas de sus clientes, todas están equipadas con tecnologías avanzadas de laminado:ya sea con una máquina de laminación de cinta de contorno (CTL) de 16 por 3 m de Fives Cincinnati (Hebron, KY, EE. UU.), Una máquina de 15- Máquina automática de laminado de cinta (ATL) por 3m de MTorres (Navarra, España) o, para fines de laminado manual, un sistema de proyección láser, suministrado por Virtek Vision (Waterloo, ON, Canadá).

En otro lugar de la instalación:

• IAI tiene una capacidad de almacenamiento en congelador preimpregnado de 193m2. La compañía también ha invertido en el software Total Production Optimization (TPO) de Plataine (Waltham, MA, EE. UU.) Para optimizar no solo el corte y anidado de preimpregnado, sino también el uso de material, reduciendo el desperdicio de preimpregnado y el consumo de materia prima en un 5%. Además, el software tiene producción automatizada, lo que reduce las tareas manuales y el riesgo asociado de errores.
• La capacidad de producción del IAI es significativa, con 10 autoclaves, siete de los cuales pertenecen a la Div. Aeromontajes. y varían en tamaño desde 4,5 m de largo y 2 m de diámetro, hasta el más grande con 14 m de largo y 4,7 m de diámetro.
• Las capas de preimpregnado se eliminan antes del curado utilizando una máquina formadora de cortinas en caliente (6,9 por 2,7 por 3,1 m) de Electrotherm Industry (Migdal HaEmek, Israel).
• Para la inspección no destructiva de piezas compuestas, la división cuenta con diferentes máquinas y técnicas:cuatro máquinas con pruebas ultrasónicas (UT) de matriz en fase de inmersión en tanque de agua, dos máquinas de pórtico de ultrasonido de transmisión directa (TTU) y dos sistemas robóticos 3D que ofrecen la opción de TTU de matriz en fase de área amplia con chorros de agua, eco de pulso de matriz en fase con burbujeadores de piel (bajo flujo de agua para el acoplamiento a la superficie de la pieza) o UT de matriz en fase acoplada por aire.

La Div. Aeroensamblajes. también tiene tres máquinas CNC, que van hasta 7 por 3,5 m, para el corte y perforación de piezas compuestas y equipo CMM compartido para inspección dimensional. Los tres talleres de pintura y los cinco salones de montaje de la división cubren un área total de 2.350 m2.

Automatización de RTM

Directamente enfrente de la Div. Aeroensamblajes. La instalación de producción de materiales compuestos es el edificio que alberga el laboratorio de I + D de IAI para RTM, que incluye una celda de preformado automatizada (consulte Más información). "Esto fue desarrollado originalmente para Bell 525 asientos de helicóptero ”, dice Rosenfeld,“ pero podríamos adaptarnos a otras plataformas similares ”. IAI desarrolló la tecnología de preformado con Techni-Modul Engineering (Coudes, Francia) para reemplazar el laminado manual del preimpregnado. El diseño del asiento, desarrollado para cumplir con los requisitos de accidentes de helicópteros, utiliza una combinación de refuerzos. Rosenfeld explica:"El asiento se deforma con el suelo durante el impacto y luego debe soportar cargas de aceleración máximas". La fibra de vidrio aporta la flexibilidad y la resistencia al impacto necesarias, mientras que la fibra de carbono aporta la fuerza.

"Este asiento de helicóptero tenía como objetivo proporcionar paridad con la línea de base preimpregnado, pero podemos optimizarlo aún más para el rendimiento y el peso ligero", dice Miller. La celda está configurada con una estación de alimentación de material automatizada que suministra refuerzos a una máquina de corte automatizada. A continuación, un robot de recogida y colocación de ABB (Zúrich, Suiza) mueve las capas de tejido seco a una herramienta de preformado. Se desarrollaron pinzas especiales, que incluyen un sensor para comprobar si la capa está adherida. El brazo del robot también tiene sensores para verificar la posición de cada capa a medida que se coloca mediante proyección láser. Una cámara valida la orientación y la posición de la capa frente a las imágenes estándar registradas en una base de datos de referencia.

Una bolsa de silicona fundida proporciona una membrana de vacío reutilizable durante la reducción de volumen, que se realiza seis veces. A continuación, la preforma compactada se transfiere a una herramienta donde se realiza el recorte ultrasónico. No hay recorte después de moldear la pieza. Finalmente, la preforma recortada se coloca en un conjunto de moldes de acero RTM emparejados.

La resina utilizada es el epoxi endurecido Prism EP-2400 monocomponente de Solvay (Bruselas, Bélgica). Primero se desgasifica y luego se inyecta utilizando una unidad suministrada por Isojet Equipments (Corbas, Francia). “Por lo general, dedica mucho tiempo a limpiar las líneas y los moldes, pero hemos mantenido la configuración de la inyección muy simple para que tengamos una cantidad mínima para limpiar”, dice Rosenfeld. La resina se calienta a 80 ° C para reducir la viscosidad y mejorar el flujo y la humectación de la fibra durante la inyección. “Esto está completamente automatizado y sincronizado con la prensa”, señala Rosenfeld. A continuación, se cierra el molde, precalentado a 120 ° C, se aplica vacío y se inyecta la resina. Solo se utiliza vacío para hacer fluir la resina a través de la preforma. Tanto la temperatura como la presión aumentan en el molde, alcanzando los 180 ° C y una presión de 6 bar durante un ciclo de moldeo de 2 horas ”. El molde se enfría a 50 ° C, se abre y se retira la pieza terminada.

Avances en compuestos futuros

Una sala contigua en el laboratorio de RTM alberga equipos de prueba, incluidas máquinas de inyección de dos componentes para probar nuevas resinas de RTM:la I + D es un enfoque importante para IAI. Tiene experiencia en más de 86 Colaboraciones de varios socios financiadas por la UE, incluidas las siguientes:

• El proyecto TANGO, que demostró estructuras compuestas de fuselaje, ala y caja central del ala. Como parte de TANGO, IAI diseñó y fabricó tres nervaduras de ala de CFRP grandes, de hasta 1,7 m de longitud, con un refuerzo de onda sinusoidal integral y rebordes moldeados de una sola vez, utilizando tela que no se dobla y RTM.
• CONDICOMP, organizado para desarrollar la gestión del estado del material durante los procesos de curado de composites.
• ALCAS, cuyo objetivo era reducir los costos de fabricación de componentes compuestos de aeronaves.
• IFATS, establecido para aumentar la autonomía de las aeronaves.

Otros tres programas merecen una mención especial. Dentro del proyecto MAAXIMUS de 8 años, dirigido por Airbus para mejorar las estructuras de los aviones compuestos, IAI se encargó de estudiar los detalles estructurales, incluidas las caídas de las capas y las desviaciones de los largueros (terminaciones típicas en las interrupciones de producción, como las juntas circunferenciales del fuselaje principal), e investigar opciones para mejorar la fuerza y ​​el peso. Para cada detalle, IAI realizó predicciones de resistencia, utilizando diseño e ingeniería asistidos por computadora (CAD / CAE) y análisis FEM, diseñó y fabricó muestras de prueba relevantes y luego comparó los resultados de las pruebas con los análisis. Los resultados finales se utilizaron en el programa general para ayudar en las recomendaciones para el diseño y la producción de aeronaves en el futuro.

En LOCOMACHS, IAI fue una de las 31 empresas enfocadas en reducir o eliminar significativamente las operaciones más largas y, por lo tanto, costosas pero sin valor agregado en el ensamblaje de fuselajes compuestos, como el ensamblaje temporal para verificar espacios, calces, desmantelamiento y herramientas. manejo. IAI trabajó con el coordinador del proyecto SAAB Aeronautics (Linköping, Suecia) y los socios GKN Aerospace (Redditch, Reino Unido), Turkish Aerospace Industries (Ankara) y el Centro Aeroespacial de los Países Bajos (NLR, Amsterdam) para construir la caja de ala ensamblada ajustada (LAWiB) (ver Más información) y más demostradores de Wing Box integrados (MIWiB). Produjo larguerillos de CF / epoxi utilizando tela no ondulada (NCF) suministrada por SAERTEX (Saerbeck, Alemania). Estos larguerillos se unieron conjuntamente a la piel NCF. Las piezas resultantes eliminaron el calce en la interfaz superior de la piel y el larguero y redujeron la cantidad de sujetadores para una reducción del 30% en el costo de mano de obra de ensamblaje. Miller ve un uso potencial de estos conceptos en otras estructuras, incluidas alas y colas más pequeñas.

Actualmente, IAI está tomando la iniciativa en dos proyectos Clean Sky 2 intensivos en compuestos:OPTICOMS (Estructuras compuestas optimizadas para aeronaves pequeñas) y fuselaje innovador ecológico ECOTECH. Como coordinador, IAI está trabajando con el equipo de OPTICOMS, que incluye a Piaggio Aircraft (Génova, Italia), Coriolis Composites (Quéven, Francia), DANOBAT (Elgoibar, España) y TechniModul Engineering - para demostrar la automatización en estructuras compuestas de bajo volumen para reducir costo. El demostrador de ala de avión Piaggio de 7 m de largo presenta una construcción integral de larguero / piel producida en una sola toma. Se están evaluando varias tecnologías para determinar el proceso de fabricación más rentable. Un método novedoso es el Moldeo por Transferencia de Presión Final (FPTM). Desarrollado por TechniModul Engineering, socio de IAI para su celda RTM automatizada, el proceso FPTM inyecta aire o gas en una cavidad cerrada para aplicar hasta 10 bar de presión mientras cura el preimpregnado termoestable en moldes combinados calentados. Según se informa, las piezas OOA resultantes están a la par con el preimpregnado curado en autoclave, pero sin requerir la inyección de resina adicional, como en el proceso de Moldeo por Transferencia de Resina Igual Calificada (SQRTM) (consulte “SQRTM habilita piezas con forma de red”).

Para ECOTECH, IAI junto con Invent (Braunshweig, Alemania) lidera un consorcio de 12 miembros encargado de desarrollar nuevos materiales, procesos y tecnologías de reciclaje para reducir la huella ambiental de la producción de aviones. Como parte del proyecto anterior de Eco-Diseño, IAI ayudó a seleccionar y desarrollar tecnologías para reducir peso, costo, consumo de energía, emisiones, materiales peligrosos y desechos, los cuales fueron validados en tres demostradores en 2017, logrando una reducción de peso del 10-20%. y reducción potencial del calentamiento global en más del 50% en comparación con la práctica actual. En la etapa final de ECOTECH, se validará un mayor desarrollo de nuevos materiales y tecnologías de proceso en la fabricación de cuatro demostradores:termoplásticos, termoestables, metálicos y biomateriales. Estos demostradores, más los de OPTICOMS, se integrarán en el Clean Sky 2 Airframe Integrated Technology Demonstrator (ITD), liderado por Dassault Aviation (Biarritz, Francia), Airbus DS (Madrid, España) y SAAB (ver “Demostradores de compuestos termoplásticos - Hoja de ruta de la UE para los futuros fuselajes ”).

La compañía también está explorando la fabricación aditiva, el monitoreo de la salud estructural y la transformación de alas, además de establecer su posición en la propulsión eléctrica, lo que considera la próxima era de la aviación.

Todo esto es un buen augurio para el futuro del IAI. “Contamos con una combinación única de experiencia en producción de décadas, capacidad para desarrollar e implementar tecnología de compuestos avanzados y una relación de larga data con las industrias aeroespaciales de Estados Unidos y Europa”, dice Shalit. “Los mercados aeroespaciales comerciales y militares son cada vez más competitivos y los compuestos son una competencia clave. IAI continuará brindando soluciones y ayudando a satisfacer las necesidades de crecimiento futuro de nuestros socios ".