La pierre angulaire de l'aérodéfense d'Israël prête pour une plus grande portée mondiale

Israel Aerospace Industries (IAI) a été créée sous le nom de Bedek Aviation Co. en 1953, cinq ans après la création de l'État d'Israël. Alors située à côté de l'aéroport de Lod (maintenant connu sous le nom de Ben Gurion International, au sud-est de Tel-Aviv), l'entreprise a commencé avec 70 employés. Au fur et à mesure qu'Israël s'est développé, IAI a progressé dans la technologie et les opérations pour atteindre son chiffre d'affaires annuel actuel de 4 milliards de dollars US, un carnet de commandes de 11 milliards de dollars US et plus de 15 000 employés (6 000 sont des ingénieurs). C'est le plus grand complexe industriel d'Israël et un leader mondial dans une gamme de technologies de défense.

Bien que l'entreprise soit reconnue pour ses capacités de production de build-to-print (BTP)/build-to-spec (BTS), il s'agit d'un OEM de défense et d'aérospatiale complet et peut concevoir des avions complets, allant jusqu'à la certification de vol complète. À titre d'exemple, IAI a eu l'entière responsabilité de la conception et de l'analyse, des essais au sol et en vol, de la fabrication et de l'assemblage du G150 et G280 jets d'affaires pour Gulfstream Aerospace Corp. (Savannah, GA, US). IAI a obtenu la certification conjointe du G150 jet d'affaires avec les autorités aéronautiques américaines, européennes et israéliennes.

Les activités d'IAI dans le domaine des composites couvrent la fabrication de pièces et l'assemblage de jets d'affaires et d'avions commerciaux, de véhicules aériens sans pilote (UAV) et d'avions militaires. Les pièces produites comprennent des stabilisateurs verticaux et horizontaux, des gouvernails, des structures d'aile, des nacelles de moteur, des poutres de plancher, des encadrements de porte, des cloisons structurelles, des nervures et des raidisseurs, des gouvernes, des carénages et des radômes. Parmi ses capacités de fabrication figurent le drapage manuel préimprégné et le drapage automatisé de bande (ATL), le formage à chaud, l'autoclave et le durcissement hors autoclave (OOA), y compris les processus de moulage liquide, tels que l'infusion de résine et le moulage par transfert de résine (RTM), plus collage et assemblage complexes. L'entreprise conçoit et fabrique également ses propres outils, détient toutes les certifications de qualité clés pour l'aérospatiale et les composites et fournit une assurance qualité via des tests et des inspections non destructifs complets.

IAI se présente comme un guichet unique, offrant des services complets de conception et d'analyse, d'ingénierie, de prototypage et de production ainsi que la gestion de chaînes d'approvisionnement complexes. Son campus s'étend sur plusieurs hectares et de nombreux bâtiments, dont 17 abritent sa fabrication et son assemblage liés aux composites.

CW La tournée d'IAI était dirigée par le directeur du marketing et des affaires d'IAI, Eitan Shalit, le directeur des programmes de R&D Hary Rosenfeld et le Dr Zev Miller, responsable des matériaux composites et des procédés au sein du groupe d'ingénierie et de développement d'IAI. La visite a été précédée d'une présentation de l'entreprise dans la nouvelle division Aero-assemblies d'IAI. bâtiment de production de composites.

Opérations d'avions militaires et d'UAV

L'un des programmes composites clés d'IAI est la production des revêtements supérieur et inférieur en bismaléimide renforcé de fibres de carbone pour les ailes extérieures du F-35 Lightning II jet. Une ligne d'assemblage entièrement automatisée construite spécifiquement pour ce programme a été inaugurée en 2014 (Fig. 1). IAI a célébré la livraison du 10e ensemble de structures d'ailes à Lockheed Martin (Bethesda, MD, États-Unis) en juillet 2016 et devrait produire plus de 800 paires d'ici 2034.

La relation de l'entreprise avec Lockheed Martin a commencé avec l'avion militaire F-16. IAI a fabriqué le stabilisateur vertical pour plusieurs variantes de F-16. Les peaux de cette pièce critique pour les fractures sont conçues pour l'impression, en utilisant un préimprégné de fibre de carbone unidirectionnel posé à la main et un durcissement à l'autoclave.

La société a également produit le stabilisateur vertical et le gouvernail du chasseur McDonnell Douglas F-15, désormais soutenu par Boeing, qui utilise des composites bore/époxy. Pour le Sikorsky (Stratford, CT, US) UH-60 Black Hawk stabilisateur horizontal d'hélicoptère, IAI a développé un procédé de préimprégné de polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) pour le boîtier composite intégral de 2 m de long. Cette structure critique pour le vol a permis d'économiser 20 % de poids et de coût par rapport à l'assemblage métallique précédent. IAI a pris en charge la partie de la conception à la première livraison dans les 9 mois en 2003 et a produit à ce jour 1 500 ensembles de navires dans sa division RAMTA à Be'er Sheva au sud.

IAI possède une vaste expérience dans la conception et la production de drones, à commencer par son Scout système d'aéronef télépiloté (RPAS) en 1978. Scout a été suivi par le Pionnier , Rôdeur et Chasseur avions, tous avec des structures 100% composites, fabriqués à partir de tissus de carbone/peaux époxy humides et noyau en nid d'abeille. Celui-ci est ensuite passé au préimprégné CF et à l'âme en mousse de polyméthacrylimide (PMI) Rohacell d'Evonik (Essen, Allemagne).

La production actuelle comprend le Searcher Mk III , l'Oeil d'oiseau famille d'avions, Panther Aile fixe et Hovermast 100 les avions à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) et le Heron famille d'avions sans pilote. La variante la plus avancée, le Heron TP , mesure 14m de long avec une envergure de 26m. Il s'agit d'un drone de moyenne altitude et longue endurance (MALE), capable de voler à une altitude de 13 716 m pendant 40 heures. « Toutes nos aérostructures de drones sont 100 % composites », note Miller.

Composites d'avions commerciaux

IAI est un fournisseur de niveau 1 pour les équipementiers d'avions commerciaux et un entrepreneur principal pour le Gulfstream G280 avion d'affaires. Elle construit l'avion vert et le transporte jusqu'au centre d'achèvement de Gulfstream à Dallas, TX, États-Unis. En 2009, CW a écrit sur le développement par IAI d'un gouvernail RTM pour ce qui est maintenant le G280 (voir « Vitrine RTM :Gouvernail monobloc »). IAI avait en effet conçu et construit le Galaxy/Astra jet d'affaires, dont Gulfstream a acquis les droits en 2001, les renommant le G100 et G200 , respectivement. Le G280 , le dernier né de cette ligne, accueille de 2 à 10 passagers. Sa surface extérieure est en composite à 35% contre 12% pour le G100 .

Le G280 Le stabilisateur horizontal est une structure intégrale durcie à l'autoclave. Il comprend des longerons prédurcis collés avec un adhésif sur une peau préimprégnée CF/époxy. Le stabilisateur vertical est une structure hybride en aluminium et préimprégné autoclavé tandis que l'élévateur est une construction sandwich, utilisant des peaux préimprégnées CF/époxy et un noyau en nid d'abeille Nomex. Les composants du gouvernail sont maintenant produits chez NCC (North Coast Composites, Cleveland, OH, US) et assemblés dans la division RAMTA d'IAI, à Be'er Sheva. G280 les carénages aile-corps utilisent une préforme CF en tissu à armure toile d'un côté et en tissu non frisé de l'autre, les deux plis étant cousus ensemble. Cette préforme et le noyau de mousse Rohacell sont infusés de résine époxy et durcis avec un sac sous vide uniquement (VBO) dans un four à 180°C.

Équipé pour une production accrue

IAI dispose de six salles blanches. Cinq d'entre eux (surface au sol totale de 3 010 m2) appartiennent à sa division Aéro-assemblages, qui est la principale installation d'IAI pour la fabrication et les assemblages de pièces composites. Bien que chaque salle blanche soit spécialisée pour les besoins de production uniques de ses clients, toutes sont équipées de technologies avancées de drapage :soit avec une machine de drapage de bandes de contour (CTL) de 16 x 3 m de Fives Cincinnati (Hebron, KY, US), une machine de 15- machine de drapage automatique de bande (ATL) by-3m de MTorres (Navarre, Espagne) ou, à des fins de drapage manuel, un système de projection laser, fourni par Virtek Vision (Waterloo, ON, Canada).

Ailleurs dans l'établissement :

• IAI a des capacités de stockage de congélateurs préimprégnés de 193 m2. La société a également investi dans le logiciel d'optimisation de la production totale (TPO) de Plataine (Waltham, MA, États-Unis) pour optimiser non seulement la coupe et l'imbrication du préimprégné, mais également l'utilisation des matériaux, en réduisant les déchets de préimprégné et la consommation de matières premières de 5 %. De plus, le logiciel a automatisé la production, réduisant les tâches manuelles et le risque d'erreur associé.
• La capacité de production d'IAI est importante, avec 10 autoclaves, dont sept appartiennent à la division Aéro-assemblages. et la taille varie de 4,5 m de long et 2 m de diamètre, au plus grand à 14 m de long et 4,7 m de diamètre.
• Les couches de préimprégné sont réduites en masse avant le durcissement à l'aide d'une machine de formage à chaud (6,9 x 2,7 x 3,1 m) d'Electrotherm Industry (Migdal HaEmek, Israël).
• Pour le contrôle non destructif des pièces composites, la division dispose de différentes machines et techniques :quatre machines avec contrôle par ultrasons en réseau à immersion de réservoir d'eau (UT), deux machines à portique à ultrasons par transmission (TTU) et deux systèmes robotiques 3D offrant le choix d'un TTU à réseau de phases étendu avec des gicleurs d'eau, d'un écho d'impulsion à réseau de phases avec des barboteurs cutanés (faible débit d'eau pour le couplage à la surface d'une pièce) ou d'un UT à réseau de phases couplé à l'air.

La division Aéro-assemblages. dispose également de trois machines CNC, allant jusqu'à 7 x 3,5 m, pour le rognage et le perçage des pièces composites et un équipement CMM partagé pour l'inspection dimensionnelle. Les trois ateliers de peinture et les cinq halls de montage de la division couvrent une superficie totale de 2 350 m2.

Automatisation RTM

Directement en face de l'Aero-assemblies Div. L'installation de production de composites est le bâtiment qui abrite le laboratoire de R&D d'IAI pour le RTM, y compris une cellule de préformage automatisée (voir En savoir plus). "Ceci a été développé à l'origine pour Bell 525 sièges d'hélicoptère », explique Rosenfeld, « mais nous pourrions nous adapter à d'autres plates-formes similaires. » IAI a développé la technologie de préformage avec Techni-Modul Engineering (Coudes, France) pour remplacer le drapage manuel du préimprégné. La conception du siège, développée pour répondre aux exigences des accidents d'hélicoptère, utilise une combinaison de renforts. Rosenfeld explique :« Le siège se déforme avec le sol lors de l'impact et doit alors supporter des charges d'accélération maximales. La fibre de verre apporte la flexibilité et la résistance aux chocs nécessaires, tandis que la fibre de carbone fournit la résistance.

« Ce siège d'hélicoptère visait à assurer la parité avec la ligne de base préimprégnée, mais nous pouvons l'optimiser davantage pour les performances et la légèreté », explique Miller. La cellule est équipée d'une station d'alimentation en matériau automatisée qui fournit des renforts à une machine de découpe automatisée. Un robot pick-and-place d'ABB (Zurich, Suisse) déplace ensuite les plis de tissu secs sur un outil de préformage. Des pinces spéciales ont été développées, qui incluent un capteur pour vérifier si le pli est attaché. Le bras du robot dispose également de capteurs pour vérifier la position de chaque pli lorsqu'il est placé à l'aide d'une projection laser. Une caméra valide l'orientation et la position du pli par rapport aux images standard enregistrées dans une base de données de référence.

Un sac en silicone moulé fournit une membrane sous vide réutilisable pendant le dégrossissage, qui est effectué six fois. Ensuite, la préforme compactée est transférée vers un outil où un rognage par ultrasons est effectué. Il n'y a pas de rognage après le moulage de la pièce. Enfin, la préforme découpée est placée dans un ensemble de moules RTM en acier appariés.

La résine utilisée est l'époxy monocomposant Prism EP-2400 de Solvay (Bruxelles, Belgique). Il est d'abord dégazé puis injecté à l'aide d'une unité fournie par Isojet Equipements (Corbas, France). « En général, vous passez beaucoup de temps à nettoyer les lignes et les moules, mais nous avons gardé la configuration de l'injection très simple afin que nous ayons une quantité minimale à nettoyer », explique Rosenfeld. La résine est chauffée à 80°C pour réduire la viscosité pour un écoulement amélioré et un mouillage des fibres pendant l'injection. "C'est entièrement automatisé et synchronisé avec la presse", note Rosenfeld. Le moule, préchauffé à 120°C, est ensuite fermé, le vide est appliqué et la résine est injectée. Seul le vide est utilisé pour faire circuler la résine à travers la préforme. La température et la pression sont augmentées dans le moule, atteignant 180°C et une pression de 6 bars pendant un cycle de moulage de 2 heures. Le moule est refroidi à 50°C, ouvert et la pièce finie est retirée.

Avancer les futurs composites

Une salle attenante au laboratoire RTM abrite des équipements de test, dont des machines d'injection à deux composants pour tester les nouvelles résines RTM :la R&D est un axe important pour l'IAI. Il a de l'expérience dans plus de 86 Collaborations multipartenaires financées par l'UE, notamment :

• Le projet TANGO, qui a démontré des structures composites de fuselage, d'aile et de caisson central de voilure. Dans le cadre de TANGO, IAI a conçu et fabriqué trois grandes nervures d'aile en PRFC, jusqu'à 1,7 m de long, dotées d'un raidisseur à onde sinusoïdale intégré et de brides moulées en une seule fois, en utilisant un tissu non serti et RTM.
• CONDICOMP, organisé pour développer la gestion de l'état des matériaux lors des processus de durcissement des composites.
• ALCAS, qui visait à réduire les coûts de fabrication des composants d'avions composites.
• IFATS, créé pour augmenter l'autonomie des avions.

Trois autres programmes méritent une attention particulière. Dans le cadre du projet MAAXIMUS de 8 ans, dirigé par Airbus pour améliorer les cellules composites, IAI a été chargé d'étudier les détails structurels - y compris les chutes de pli et les faux-ronds (terminaux typiques lors des arrêts de production, tels que les principaux joints circonférentiels du fuselage) - et d'étudier les options pour améliorer la force et le poids. Pour chaque détail, IAI a effectué des prédictions de résistance, en utilisant la conception et l'ingénierie assistées par ordinateur (CAO/IAO) et l'analyse FEM, a conçu et fabriqué des spécimens d'essai pertinents, puis a comparé les résultats des tests aux analyses. Les résultats finaux ont été utilisés dans le programme global pour aider les recommandations pour la conception et la production d'avions futurs.

Dans LOCOMACHS, IAI était l'une des 31 entreprises axées sur la réduction ou l'élimination significative des opérations les plus chronophages et, par conséquent, les plus coûteuses mais sans valeur ajoutée dans l'assemblage de cellules composites, telles que l'assemblage temporaire pour vérifier les écarts, le calage, le démontage et l'outillage. manutention. IAI a travaillé avec le coordinateur du projet SAAB Aeronautics (Linköping, Suède) et ses partenaires GKN Aerospace (Redditch, Royaume-Uni), Turkish Aerospace Industries (Ankara) et le Netherlands Aerospace Center (NLR, Amsterdam) pour construire le Lean Assembled Wing Box (LAWiB) (voir En savoir plus) et More Integrated Wing Box (MIWiB). Elle produisait des longerons CF/époxy en utilisant un tissu non frisé (NCF) fourni par SAERTEX (Saerbeck, Allemagne). Ces longerons ont été co-collés à la peau NCF. Les pièces résultantes ont éliminé le calage sur l'interface peau-spar supérieure et ont réduit le nombre de fixations pour une réduction de 30 % du coût de la main-d'œuvre d'assemblage. Miller voit une utilisation potentielle de ces concepts sur d'autres structures, y compris des ailes et des queues plus petites.

Actuellement, IAI prend la tête de deux projets Clean Sky 2 à forte intensité de composites :OPTICOMS (structures composites optimisées pour les petits avions) et la cellule innovante et respectueuse de l'environnement ECOTECH. En tant que coordinateur, IAI travaille avec l'équipe OPTICOMS, qui comprend Piaggio Aircraft (Gênes, Italie), Coriolis Composites (Quéven, France), DANOBAT (Elgoibar, Espagne) et TechniModul Engineering — pour démontrer l'automatisation dans les structures composites à faible volume afin de réduire Coût. Le démonstrateur d'aile d'avion Piaggio de 7 m de long présente une construction intégrale de longeron/peau produite en une seule prise. Diverses technologies sont en cours d'évaluation pour déterminer le processus de fabrication le plus rentable. Une nouvelle méthode est le moulage par transfert de pression finale (FPTM). Développé par TechniModul Engineering, partenaire d'IAI pour sa cellule RTM automatisée, le procédé FPTM injecte de l'air ou du gaz dans une cavité fermée pour appliquer jusqu'à 10 bars de pression tout en durcissant le préimprégné thermodurcissable dans des moules appariés chauffés. Les pièces OOA résultantes seraient comparables au préimprégné durci à l'autoclave, mais sans nécessiter l'injection de résine supplémentaire, comme dans le processus de moulage par transfert de résine qualifié (SQRTM) (voir « SQRTM permet des pièces en forme de filet »).

Pour ECOTECH, IAI et Invent (Braunshweig, Allemagne) dirigent un consortium de 12 membres chargé de développer de nouveaux matériaux, procédés et technologies de recyclage pour réduire l'empreinte environnementale de la production d'avions. Dans le cadre du précédent projet d'éco-conception, IAI a aidé à sélectionner et développer des technologies pour réduire le poids, les coûts, la consommation d'énergie, les émissions, les matières dangereuses et les déchets, qui ont été validées sur trois démonstrateurs en 2017, atteignant une réduction de poids de 10 à 20 %. et une réduction potentielle du réchauffement climatique de plus de 50 % par rapport à la pratique actuelle. Dans la phase finale d'ECOTECH, le développement ultérieur de nouveaux matériaux et technologies de traitement sera validé dans la fabrication de quatre démonstrateurs - thermoplastiques, thermodurcissables, métalliques et biomatériaux. Ces démonstrateurs, auxquels s'ajouteront ceux d'OPTICOMS, seront intégrés dans le Clean Sky 2 Airframe Integrated Technology Demonstrator (ITD), piloté par Dassault Aviation (Biarritz, France), Airbus DS (Madrid, Espagne) et SAAB (voir « Démonstrateurs en composite thermoplastique — Feuille de route de l'UE pour les futures cellules").

La société explore également la fabrication additive, la surveillance de la santé structurelle et le morphing des ailes, ainsi que l'établissement de sa position dans la propulsion électrique - ce qu'elle considère comme la prochaine ère de l'aviation.

Tout cela est de bon augure pour l'avenir de l'IAI. « Nous avons une combinaison unique d'expérience de production de plusieurs décennies, la capacité de développer et de mettre en œuvre une technologie composite avancée et une relation de longue date avec les industries aérospatiale américaine et européenne », déclare Shalit. « Les marchés de l'aérospatiale commerciale et militaire sont de plus en plus concurrentiels et les composites sont une compétence clé. IAI continuera à fournir des solutions et à aider à répondre aux besoins de croissance future de nos partenaires. »