IAI : le leader aérospatial israélien se prépare à l'expansion mondiale

Israel Aerospace Industries (IAI) a été créé sous le nom de Bedek Aviation Co. en 1953, cinq ans après la création de l'État d'Israël. Alors situé à côté de l'aéroport de Lod (aujourd'hui Ben Gurion International, au sud‑est de Tel‑Aviv), l'entreprise a commencé avec 70 employés. Alors qu'Israël s'est développé, IAI aussi, avançant en technologie et opérations pour atteindre un chiffre d'affaires annuel de 4 milliards $, un carnet de commandes de 11 milliards $ et plus de 15 000 employés (6 000 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 build‑to‑print (BTP) / build‑to‑spec (BTS), c'est un OEM complet défense et aérospatial capable de concevoir des avions complets, jusqu'à la certification de vol complète. Exemple : IAI a eu la responsabilité totale de la conception et analyse, essais au sol et en vol, fabrication et assemblage des jets d'affaires G150 et G280 pour Gulfstream Aerospace Corp. (Savannah, GA, USA). IAI a obtenu la certification conjointe du G150 avec les autorités aéronautiques américaines, européennes et israéliennes.

Les opérations composites d'IAI couvrent la fabrication de pièces et assemblages pour jets d'affaires et avions commerciaux, drones (UAV) et avions militaires. Pièces produites : stabilisateurs verticaux et horizontaux, gouvernes, structures d'ailes, nacelles moteurs, poutres de plancher, entourages de porte, cloisons structurelles, nervures et raidisseurs, surfaces de commande, carénages et radomes. Ses capacités de fabrication incluent : drapage manuel préimprégné et pose automatisée de ruban (ATL), formage à drapage chaud, polymérisation autoclave et hors autoclave (OOA) y compris procédés de moulage liquide comme infusion de résine et moulage par transfert de résine (RTM), ainsi que collage et assemblage complexes. L'entreprise conçoit et construit ses propres outillages, détient toutes les certifications clés qualité aérospatiale et composites et assure la qualité via des essais non destructifs complets.

IAI se promeut comme guichet unique, offrant conception et analyse complètes, ingénierie, prototypage et services de production ainsi que gestion de chaînes d'approvisionnement complexes. Son campus s'étend sur de nombreux acres et nombreux bâtiments, 17 abritant sa fabrication et assemblage composites.

La visite de CW a été menée par le directeur marketing et business d'IAI Eitan Shalit, le directeur programmes R&D Hary Rosenfeld et le Dr Zev Miller, responsable matériaux et procédés composites au sein du groupe Ingénierie & Développement d'IAI. La visite a été précédée d'une présentation de l'entreprise dans le nouveau bâtiment de production composites de la division Aero‑assemblages d'IAI.

Opérations avions militaires et UAV

Un des programmes composites clés d'IAI est la production des peaux supérieures et inférieures en carbone/bismaleimide pour les ailes externes du F‑35 Lightning II. 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, USA) en juillet 2016 et doit en produire plus de 800 paires d'ici 2034.

La relation d'IAI 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 en fracture sont construites sur plan, par drapage manuel de préimprégné carbone unidirectionnel et polymérisation autoclave.

L'entreprise a aussi produit le stabilisateur vertical et la gouverne pour le chasseur McDonnell Douglas F‑15, maintenant soutenu par Boeing, qui utilise des composites bore/époxy. Pour le stabilisateur horizontal de l'hélicoptère Sikorsky (Stratford, CT, USA) UH‑60 Black Hawk, IAI a développé un processus préimprégné PRFC (polymère renforcé fibre de carbone) en un coup pour la boîte intégrale composite de 2 m. Cette structure critique en vol a atteint 20 % d'économie de poids et coût vs l'assemblage métallique précédent. IAI a mené la pièce de la conception à la première livraison en 9 mois en 2003 et a produit 1 500 ensembles à ce jour dans sa division RAMTA à Be'er Sheva au sud.

IAI a une vaste expérience dans la conception et production d'UAV, commençant avec son système d'avion piloté à distance (RPAS) Scout en 1978. Scout a été suivi par Pioneer, Ranger et Hunter, tous avec structures 100 % composites, en drapage humide tissu carbone/époxy et cœur nid d'abeille. Cela a transitionné plus tard vers préimprégné carbone et cœur mousse Rohacell polyméthacrylimide (PMI) d'Evonik (Essen, Allemagne).

La production actuelle inclut le Searcher Mk III, la famille Bird Eye, Panther Fixed Wing et Hovermast 100 à décollage et atterrissage vertical (VTOL) et la famille Heron d'avions sans pilote. La variante la plus avancée, le Heron TP, mesure 14 m long avec 26 m d'envergure. C'est un UAV MALE (moyenne altitude, longue endurance), capable de voler à 13 716 m d'altitude pendant 40 heures. « Toutes nos aérostructures UAV sont 100 % composites », note Miller.

Composites pour avions commerciaux

IAI est fournisseur Tier 1 pour OEM avions commerciaux et contractant principal pour le jet d'affaires Gulfstream G280. Il construit l'avion « vert » et le fait voler au centre de finition Gulfstream à Dallas, TX, USA. En 2009, CW a écrit sur le développement par IAI d'une gouverne RTM pour ce qui est maintenant le G280 (voir « Vitrine RTM : Gouvernes en une pièce »). IAI avait en fait conçu et construit le jet exécutif Galaxy/Astra, dont Gulfstream a acquis les droits en 2001, les renommant G100 et G200. Le G280, le dernier de cette lignée, accueille 2 à 10 passagers. Sa surface externe est 35 % composite contre 12 % pour le G100.

Le stabilisateur horizontal du G280 est une structure intégrale polymérisée autoclave. Il comprend des longerons précuits co‑collés avec adhésif à une peau préimprégné carbone/époxy. Le stabilisateur vertical est une structure hybride aluminium et préimprégné autoclavée tandis que la gouverne de profondeur est une construction sandwich, peaux préimprégné carbone/époxy et cœur nid d'abeille Nomex. Les composants de gouverne sont maintenant produits chez NCC (North Coast Composites, Cleveland, OH, USA) et assemblés à la division RAMTA d'IAI, à Be'er Sheva. Les carénages aile‑corps du G280 utilisent une préforme carbone en tissu uni d'un côté et tissu non‑ondulé de l'autre, les deux plis cousus ensemble. Cette préforme et le cœur mousse Rohacell sont infusés résine époxy et polymérisés sous vide seul (VBO) dans un four à 180 °C.

Équipé pour une production accrue

IAI dispose de six salles blanches. Cinq (surface totale 3 010 m²) appartiennent à sa division Aero‑assemblages, principale installation pour la fabrication et assemblages de pièces composites. Bien que chaque salle blanche soit spécialisée pour les besoins uniques de production de ses clients, toutes sont équipées de technologies avancées de drapage : soit une machine de pose de ruban contour (CTL) 16×3 m de Fives Cincinnati (Hebron, KY, USA), une machine de pose automatisée de ruban (ATL) 15×3 m de MTorres (Navarre, Espagne), soit, pour le drapage manuel, un système de projection laser fourni par Virtek Vision (Waterloo, ON, Canada).

Ailleurs dans l'installation :

• IAI a des capacités de stockage congélateur préimprégné de 193 m². L'entreprise a aussi investi dans le logiciel Total Production Optimization (TPO) de Plataine (Waltham, MA, USA) pour optimiser non seulement la découpe et l'imbrication du préimprégné, mais aussi l'usage matériau, réduisant déchets préimprégné et consommation matière première de 5 %. En plus, le logiciel a automatisé la production, réduisant tâches manuelles et risques d'erreurs associées.
• La capacité de production d'IAI est significative, avec 10 autoclaves, dont 7 appartiennent à la division Aero‑assemblages et vont de 4,5 m long et 2 m diamètre, au plus grand à 14 m long et 4,7 m diamètre.
• Les drapages préimprégnés sont décompactés avant polymérisation par une machine de formage à drapage chaud (6,9 × 2,7 × 3,1 m) d'Electrotherm Industry (Migdal HaEmek, Israël).
• Pour l'inspection non destructive de pièces composites, la division a différentes machines et techniques : quatre machines avec cuve immersion phased‑array ultrasonic testing (UT), deux machines portiques transmission traversante ultrasons (TTU) et deux systèmes robotiques 3D offrant le choix : TTU phased‑array grande zone avec arroseurs, phased‑array pulse echo avec bulleurs de peau (faible débit eau pour couplage surface) ou UT phased‑array couplage air.

La division Aero‑assemblages a aussi trois machines CNC, allant jusqu'à 7×3,5 m, pour tronçonnage/perçage pièces composites et équipement MMT partagé pour inspection dimensionnelle. Les trois ateliers peinture et cinq halls d'assemblage de la division couvrent une surface totale de 2 350 m².

Automatisation du RTM

Juste en face de l'installation de production composites de la division Aero‑assemblages se trouve le bâtiment abritant le laboratoire R&D d'IAI pour le RTM, incluant une cellule de préformage automatisée (voir En Savoir Plus). « Cela a été développé à l'origine pour les sièges d'hélicoptère Bell 525 », dit Rosenfeld, « mais nous pourrions l'adapter pour d'autres plateformes similaires. » IAI a développé la technologie de préformage avec Techni‑Modul Engineering (Coudes, France) pour remplacer le drapage manuel de préimprégné. Le design du siège, développé pour répondre aux exigences de crash d'hélicoptère, utilise une combinaison de renforts. Rosenfeld explique : « Le siège se déforme avec le plancher lors de l'impact et doit ensuite supporter des charges d'accélération maximales. » La fibre de verre apporte la flexibilité et résistance aux chocs nécessaire, tandis que la fibre de carbone apporte la résistance.

« Ce siège d'hélicoptère visait la parité avec la référence préimprégné, mais nous pouvons l'optimiser davantage pour performance et légèreté », dit Miller. La cellule est équipée d'une station d'alimentation matériaux automatisée qui fournit les renforts à une machine de découpe automatisée. Un robot pick‑and‑place d'ABB (Zurich, Suisse) déplace ensuite les plis de tissu sec sur un outillage de préformage. Des pinces spéciales ont été développées, incluant un capteur pour vérifier si le pli est attaché. Le bras robot a aussi des capteurs pour vérifier la position de chaque pli lors du placement par projection laser. Une caméra valide l'orientation et la position du pli vs images de référence enregistrées dans une base de données.

Un sac silicone coulé fournit une membrane de vide réutilisable pendant le décompactage, effectué six fois. Ensuite, le préformage compacté est transféré vers un outillage où le tronçonnage ultrasonique est réalisé. Il n'y a pas de tronçonnage après moulage. Enfin, le préformage tronçonné est placé dans un jeu de moules RTM acier matched‑die.

La résine utilisée est l'époxy durci monocomposant Prism EP‑2400 de Solvay (Bruxelles, Belgique). Elle est d'abord dégazée puis injectée via une unité fournie par Isojet Equipments (Corbas, France). « Habituellement on passe beaucoup de temps à nettoyer les lignes et moules, mais nous avons gardé la configuration d'injection très simple pour avoir un minimum à nettoyer », dit Rosenfeld. La résine est chauffée à 80 °C pour réduire la viscosité pour un écoulement et imprégnation fibre améliorés pendant l'injection. « C'est entièrement automatisé et synchronisé avec la presse », note Rosenfeld. Le moule, préchauffé à 120 °C, est alors fermé, le vide appliqué et la résine injectée. Seul le vide fait écouler la résine à travers le préformage. Température et pression sont augmentées dans le moule, atteignant 180 °C et 6 bar pendant un cycle de moulage de 2 heures. Le moule est refroidi à 50 °C, ouvert et la pièce finie retirée.

Faire progresser les composites du futur

Une pièce attenante dans le laboratoire RTM abrite des équipements d'essais, dont des machines d'injection deux composants pour tester de nouvelles résines RTM : la R&D est un axe majeur pour IAI. Elle a une expérience dans plus de 86 collaborations multi‑partenaires financées par l'UE, dont :

• Le projet TANGO, qui a démontré des structures de fuselage, aile et boîte centrale d'aile composites. Dans TANGO, IAI a conçu et fabriqué trois grandes nervures d'aile PRFC, jusqu'à 1,7 m de long, avec raidisseurs intégraux onde sinusoïdale et flancs moulés en un coup, en tissu non‑ondulé et RTM.
• CONDICOMP, organisé pour développer la gestion d'état matériau pendant les processus de polymérisation composites.
• ALCAS, visant à réduire les coûts de fabrication de composants d'avion composites.
• IFATS, établi pour augmenter l'autonomie des avions.

Trois autres programmes méritent une attention spéciale. Dans le projet MAAXIMUS de 8 ans, mené par Airbus pour améliorer les cellules composites, IAI était chargé d'étudier les détails structurels — y compris les chutes de plis et fins de longerons (arrêts typiques aux ruptures de production, comme les joints circonférentiels principaux du fuselage) — et d'étudier des options pour améliorer résistance et poids. Pour chaque détail, IAI a fait des prédictions de résistance, usando CAO/IAO et analyse FEM, conçu et fabriqué des éprouvettes de test pertinentes et comparé résultats tests aux analyses. Résultats finaux utilisés dans le programme global pour aider recommandations pour conception et production futures d'avions.

Dans LOCOMACHS, IAI était l'une de 31 entreprises focalisées sur réduire significativement ou éliminer les opérations les plus chronophages et, donc, coûteuses mais sans valeur ajoutée dans l'assemblage de cellules composites, comme assemblage temporaire pour vérifier jeux, calage, démontage et manipulation outillage. IAI a travaillé avec le coordinateur SAAB Aeronautics (Linköping, Suède) et partenaires GKN Aerospace (Redditch, UK), Turkish Aerospace Industries (Ankara) et Centre Aérospatial Néerlandais (NLR, Amsterdam) pour construire les démonstrateurs Lean Assembled Wing Box (LAWiB) et More Integrated Wing Box (MIWiB). Elle a produit des longerons carbone/époxy en tissu non‑ondulé (NCF) fourni par SAERTEX (Saerbeck, Allemagne). Ces longerons étaient co‑collés à la peau NCF. Les pièces résultantes ont éliminé le calage sur l'interface peau‑longerons supérieur et réduit le nombre de fixations pour une réduction de 30 % du coût main‑d'œuvre assemblage. Miller voit un usage potentiel pour ces concepts sur d'autres structures, y compris ailes et empennages plus petits.

Actuellement, IAI prend la tête dans deux projets Clean Sky 2 intensifs en composites : OPTICOMS (Structures Composites Optimisées pour Petits Avions) et ECOTECH aérostructure innovante éco‑responsable. Comme coordinateur, IAI travaille avec l'équipe OPTICOMS, incluant Piaggio Aircraft (Gênes, Italie), Coriolis Composites (Quévén, France), DANOBAT (Elgoibar, Espagne) et TechniModul Engineering — pour démontrer l'automatisation dans les structures composites de faible volume pour réduire les coûts. Le démonstrateur d'aile Piaggio Aircraft de 7 m comporte une construction intégrale longeron/peau produite en un coup. Diverses technologies sont évaluées pour déterminer le processus de fabrication le plus rentable. Une méthode nouvelle est le Final Pressure Transfer Molding (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 bar de pression pendant la polymérisation de préimprégné thermodurcissable dans des moules matched‑die chauffés. Les pièces OOA résultantes sont rapportées au niveau des préimprégnés autoclavés mais sans nécessiter l'injection de résine additionnelle, comme dans le processus Same Qualified Resin Transfer Molding (SQRTM) (voir « SQRTM permet pièces net‑shape »).

Pour ECOTECH, IAI avec Invent (Braunschweig, Allemagne) mène un consortium de 12 membres chargé de développer nouveaux matériaux, procédés et technologies de recyclage pour réduire l'empreinte environnementale de la production aéronautique. Dans le cadre du précédent projet Eco‑Design, IAI a aidé à sélectionner et développer des technologies pour réduire poids, coût, consommation énergie, émissions, matériaux dangereux et déchets, validés sur trois démonstrateurs en 2017, atteignant 10‑20 % réduction poids et réduction potentielle du réchauffement global de plus de 50 % vs pratiques actuelles. Dans la phase finale d'ECOTECH, développement supplémentaire en matériaux et procédés novateurs sera validé dans la fabrication de quatre démonstrateurs — thermoplastiques, thermodurcissables, métalliques et biomatériaux. Ces démonstrateurs, plus ceux d'OPTICOMS, seront intégrés dans le démonstrateur technologique intégré cellule (ITD) Clean Sky 2, mené par Dassault Aviation (Biarritz, France), Airbus DS (Madrid, Espagne) et SAAB (voir « Démonstrateurs composites thermoplastiques — feuille de route UE pour futures cellules »).

L'entreprise explore aussi la fabrication additive, la surveillance santé structurelle et ailes morphantes, ainsi qu'établir sa position dans la propulsion électrique — ce qu'elle voit comme la prochaine ère de l'aviation.

Tout cela augure bien pour l'avenir d'IAI. « Nous avons une combinaison unique de décennies d'expérience de production, capacité à développer et implémenter technologie composites avancée et relation de longue date avec les industries aérospatiales US et européennes », dit Shalit. « Les marchés aérospatiaux commercial et militaire sont de plus en plus compétitifs, et les composites sont une compétence clé. IAI continuera à fournir des solutions et aider à répondre aux besoins de nos partenaires pour la croissance future. »