Se tailler une niche via le nouveau, le différent et le difficile

Comme beaucoup d'entreprises qui fabriquent des pièces et des structures composites, Van Horn Aviation (VHA, Tempe, AZ, États-Unis) est venu au matériau avec peu d'expérience et de connaissances, mais un désir inhérent d'aider les clients à résoudre les problèmes, une volonté d'apprendre et un désir de faire avancer l'entreprise. Ironiquement, pour Van Horn Aviation, tout a commencé avec une propulseur ler — ou, plus précisément, une pale de rotor.

Jim Van Horn a fondé l'entreprise à Tempe en 2000, et son plan d'affaires était simple :concevoir et fabriquer des pales de rotor métalliques de remplacement (queue et main) pour des hélicoptères encore en service, mais qui ne sont plus fabriqués. Cela semblait être une bonne idée. Bell's (Ft. Worth, Texas, États-Unis) UH-1 Huey , par exemple, l'un des hélicoptères les plus vendus au monde, n'était plus en production, mais il y en avait encore des milliers d'unités en service. VHA a examiné la pale du rotor de queue de cet avion et a vu une opportunité lucrative de concevoir non seulement un remplacement, mais un meilleur remplacement. Cependant, plus VHA passait de temps à concevoir des pales de rotor, plus il devenait évident qu'une conception de pale vraiment optimale nécessitait l'utilisation de matériaux composites.

Il n'y avait qu'un seul problème, déclare le président de VHA, Dean Rosenlof, qui a rejoint l'entreprise peu de temps après l'ouverture des portes il y a 18 ans :« Nous n'avions aucune expérience dans les composites. Afin de contrôler notre destin, nous savions que nous ferions mieux d'apporter cette capacité en interne. Nous étions suffisamment responsables de la conception ; nous devons être suffisamment responsables pour y parvenir. »

Comment une maison de conception se transforme-t-elle en un fabricant de composites sans expérience dans la fabrication de composites ? « Tout concernait l'approvisionnement en matériel et les fournisseurs », note Rosenlof. En effet, VHA s'est appuyée sur quelques fournisseurs de matériaux composites bien connus pour aider l'entreprise à lancer son expertise composites :Toray Composite Materials America Inc. (Tacoma, WA, US), Evonik Foams Inc. (Theodore, AL, US) et 3M ( St. Paul, MN, US). En fin de compte, dit Rosenlof, VHA a dû simplement découvrir les composites par elle-même et progressivement construit sa propre expertise en composites.

VHA, note Rosenlof, a passé plus d'une décennie à perfectionner ses capacités composites. Dans le processus, il s'est bâti une réputation pour la conception et la fabrication de pales de rotor de haute qualité, hautes performances et haute efficacité qui dépassent les spécifications OEM. En conséquence, VHA est un fournisseur certifié Bell de pales de remplacement - une bénédiction du constructeur d'hélicoptères qui est étroitement surveillée et très convoitée. Aujourd'hui, VHA a trois produits établis :la pale de rotor principal pour le Bell 206B3 Jet Ranger , la pale du rotor de queue du Bell 206B3/OH-58 Jet Ranger , et l'ancien UH-1 Huey pale de rotor de queue.

Sur l'atelier de production

Après un examen de la stratégie commerciale et de la position de VHA, Rosenlof dirige CW dans l'atelier de production de l'entreprise, où travaillent la plupart des 28 employés de l'entreprise. En chemin, il signale certains des ingénieurs de conception qui représentent la « sauce secrète » de VHA. Il note que VHA est devenu particulièrement apte à optimiser une variété de paramètres de conception qui rendent ses produits remarquables. Ceux-ci incluent le coefficient de portance et de traînée , le moment de hauteur et vibrations .

Les pilotes d'hélicoptère, explique Rosenlof, sont très sensibles à la « sensation » qu'une pale de rotor transmet au fonctionnement et au vol de l'hélicoptère, de sorte que VHA passe beaucoup de temps à tester en vol ses conceptions pour vérifier les performances.

« Les lames rotatives sont un champ de tension – centrifuge », note-t-il. "Et un composite se comporte différemment dans ce domaine qu'une lame métallique." En fait, les pales de rotor d'hélicoptère sont l'une des rares structures composites au monde qui perdent leur avantage à mesure qu'elles perdent du poids. Rosenlof appelle cela le « bogey du poids », c'est-à-dire qu'une pale de rotor qui n'est pas assez lourde se comporte différemment de l'alternative tout en métal. Pour cette raison, explique Rosenlof, toutes les lames de VHA sont surconçues pour ajouter du poids au système.

En plus de cela, dit-il, « les gens de l'aérospatiale détestent le changement », ce qui signifie qu'un passage d'une pale de rotor métallique à une pale de rotor composite devrait, idéalement, préserver les caractéristiques de performance auxquelles le pilote est habitué. C'est un équilibre délicat, mais un VHA s'en est bien sorti. L'essentiel, cependant, est la sécurité, et à cet égard, l'entreprise a excellé. « Les échecs lors des tests et du développement nous aident à reconcevoir de meilleures lames », déclare Rosenlof. « Nous sommes bons à ça. Lorsque nous allons sur le marché, nous devons d'abord ne pas nuire aux aéronefs et aux équipages, puis rechercher des améliorations de performances. C'est notre travail."

La visite laisse les ingénieurs derrière et débouche dans la zone de production de pales de rotor. Comme de nombreux ateliers de composites, la fabrication chez VHA commence par la découpe des plis, qui est effectuée sur un système de découpe à plat automatisé de 3 m de long fourni par Eastman Machine (Buffalo, NY, États-Unis). La plupart des préimprégnés VHA utilisés sont la version unidirectionnelle de Torayca 2510, qui est basée sur la fibre de carbone de remorquage T700G 12K de Toray. Sur la couche externe de ses pales de rotor, VHA utilise la version à armure toile de Torayca 2510, qui est basée sur la fibre de carbone de remorquage T700S 12K de Toray. Rosenlof dit que VHA a une bonne expérience avec le préimprégné 2510, qui peut être traité dans ou hors de l'autoclave, est fourni par Toray en tant que produit de base et est facilement disponible auprès du fabricant de fibres.

Les plis, au fur et à mesure qu'ils sortent de la table, sont équipés et préparés pour le drapage, qui est la prochaine étape, réalisée dans une salle blanche adjacente. Toutes les pales de rotor VHA présentent une construction sandwich, comprenant un noyau en mousse Evonik Rohacell entouré des plis Torayca UD. VHA a initialement usiné les noyaux en interne, mais a finalement confié cela à Evonik, qui effectue le travail dans son usine de Mobile, AL, États-Unis.

La pose se fait à la main. Les pales du rotor principal sont disposées dans un grand moule composite au centre de la pièce. Les pales du rotor de queue sont placées sur des bancs de travail debout. Le placement des plis est guidé par des marques sur le moule. Pour les zones où la fibre de carbone est en contact direct avec la mousse, comme les doubleurs et les longerons, il y a des zones en retrait prédécoupées dans la mousse pour guider le placement. VHA utilise des cales sur toutes ses pales de rotor, y compris, dans certaines régions, le caoutchouc Airpad non durci et sans silicone d'Airtech (Huntington Beach, CA, États-Unis), qui peut être transformé en feuilles de calage sous pression et en mandrins flexibles.

Chaque pale de rotor fabriquée par VHA comprend une fixation en titane pour fixer la pale de rotor au mât de pale de rotor, et cette fixation est une partie essentielle de chaque drapage. Fabriqués en interne par VHA, les montages nécessitent des accumulations de plis supplémentaires autour d'eux pour maintenir l'intégrité des pales du rotor.

Les couches de pales de rotor terminées sont transférées à côté de l'un des deux autoclaves de VHA, chacun mesurant environ 7,3 m de long. Le préimprégné époxy Torayca VHA utilisé nécessite un durcissement standard de 121 °C.

Après durcissement, les pales de rotor sont transférées à l'atelier d'usinage, où elles sont taillées aux dimensions finales. C'est également dans l'atelier d'usinage que VHA fabrique presque toutes les pièces métalliques utilisées dans les pales de rotor, y compris les fixations en titane et les bandes d'abrasion en nickel pour le bord d'attaque des pales de rotor. VHA exploite deux CNC verticales, deux CNC horizontales et une découpeuse au jet d'eau OMAX (Kent, WA, US). Trois CNC sont fournies par Haas Automation Inc. (Oxnard, CA, US) ; l'un est fourni par DMG Mori Seiki (Nagoya, Japon).

Enfin, VHA effectue des tests rigoureux des pales de rotor qu'elle fabrique et dispose d'une variété d'appareils et de machines d'essai conçus pour tout évaluer, de l'équilibre des pales aux propriétés de résistance et de rigidité. VHA possède également son propre hélicoptère Bell 206B, qu'elle utilise pour évaluer les propriétés dynamiques des pales de rotor, y compris la « sensation » qui est si importante pour les pilotes.

Quand CW interrogé sur l'inspection non destructive (NDI), cependant, Rosenlof note que VHA n'en fait aucune. « Nous avons une qualité qui dépend du processus », dit-il. « Nous surveillons la température, la pression et le temps, et tant que nous respectons les spécifications, nous fabriquons de bonnes pales de rotor. » Rosenlof souligne également qu'une grande partie du processus et du contrôle qualité de VHA se concentre sur les tolérances de la surface supérieure des pales de rotor, car il s'agit du côté « fonctionnel » d'une pale de rotor et qui est le plus critique pour les performances de la pale de rotor.

Prochaines étapes

Le travail des pales de rotor de VHA n'est pas terminé. La société développe déjà de nouveaux produits, notamment des pales de rotor de queue et de rotor principal pour le bimoteur Bell 212 bipale et le bimoteur quadripale Huey -class Bell 412. Rosenlof ajoute que VHA travaille sur des technologies de co-durcissement qui pourraient améliorer l'efficacité de la fabrication.

Alors que notre visite se termine, Rosenlof note que bien que VHA soit une opération relativement petite (son personnel de direction et son effectif totalisent 30), la société s'est créée une niche contrairement à beaucoup d'autres, et elle l'a fait en mettant en œuvre des capacités de fabrication de composites avec audace et en toute confiance. Ce créneau, aussi robuste soit-il pour le VHA, ne s'est pas construit simplement et, en ce sens, est bien mérité. "Nous sommes", plaisante-t-il, "un succès du jour au lendemain de 18 ans."