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通过新的、不同的和困难来开拓市场

范霍恩航空公司在直升机叶片方面抓住了真正的机会,虽然对复合材料缺乏敏锐的触觉,但却有着巨大的愿望。其余的都是值得一读的历史。
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与许多制造复合材料部件和结构的公司一样,Van Horn Aviation (VHA, Tempe, AZ, US)在接触这种材料的时候并没有什么经验和知识,但一种帮助客户解决问题的内在愿望,一种学习的意愿和推动公司前进的愿望。具有讽刺意味的是,对于范霍恩航空公司来说,它始于推动或者,更准确地说,是一个转子叶片。

Jim Van Horn于2000年在坦佩创立了这家公司,他的商业计划很简单:为仍在服役但不再生产的直升机设计和制造金属转子叶片(尾翼和主翼)。这似乎是个好主意。贝尔(Ft. Worth, TX, US) UH-1休伊例如,世界上最畅销的直升机之一已经停产,但仍在生产成千上万的人正在服役的部队。VHA着眼于这架飞机的尾旋翼叶片,看到了一个有利可图的机会,不仅设计一个替换,但更好的更换。然而,VHA在转子叶片设计上花费的时间越多,就越明显地表明,真正优化的叶片设计需要使用复合材料。

VHA总裁迪恩·罗森洛夫(Dean Rosenlof)表示,只有一个问题:“我们在复合材料方面没有经验。为了控制我们的命运,我们知道我们最好把这种能力放在内部。我们对设计有足够的责任感;我们必须有足够的责任感来实现它。”

一个没有复合材料制造背景的设计公司如何将自己转变成复合材料制造商?“一切都与材料供应和供应商有关,”罗森洛夫指出。事实上,VHA依靠一些知名的复合材料供应商来帮助公司推出其复合材料专业技术:东丽复合材料美国公司(塔科马,佤邦,美国),赢创泡沫有限公司(美国AL3米(美国MN .圣保罗)粘合剂。Rosenlof说,最终,VHA只能靠自己找到复合材料,并逐渐建立起自己的复合材料专业技术。

罗森洛夫指出,VHA已经花了十多年的时间来完善其复合材料的性能。在这个过程中,它建立了一个声誉,设计和制造高质量,高性能,高效率的转子叶片,超过OEM规格。因此,VHA是贝尔认证的替换叶片供应商——这是直升机制造商的福气,被严密保护和高度垂涎。今天,VHA已经建立了三个产品:贝尔206B3的主转子叶片飞机管理员, Bell 206B3/OH-58的尾旋翼叶片飞机管理员,以及遗留的UH-1休伊尾桨桨叶。

在生产车间

在回顾了VHA的业务战略和位置后,Rosenlof领导了VHA连续波到了公司的生产车间,公司的28名员工大部分都在那里工作。在路上,他指出了一些代表VHA“秘方”的设计工程师。他指出,VHA尤其擅长优化各种设计参数,使其产品引人注目。这些包括升力和阻力系数,俯仰力矩振动

罗森洛夫解释说,直升机飞行员对旋翼叶片传达给直升机操作和飞行的“感觉”非常敏感,所以VHA花了很多时间对其设计进行飞行测试,以验证性能。

他指出:“旋转的叶片是一个离心式张力场。”“复合材料在这一领域的表现与金属叶片不同。”事实上,直升机旋翼叶片是世界上为数不多的复合结构之一,随着重量的减少而失去优势。Rosenlof称其为“重量忌”,也就是说转子叶片不重足够的表现与全金属替代品不同。Rosenlof说,正因为如此,VHA的所有叶片都被过度设计,以增加系统的重量。

最重要的是,他说,“航空航天业的人讨厌改变,”这意味着从金属旋翼叶片到复合旋翼叶片的转换应该,理想情况下,保持飞行员习惯的性能特征。这是一种微妙的平衡,但一位VHA成功地做到了。然而,底线是安全,在这方面,公司做得很好。Rosenlof说:“测试和开发过程中的失败可以帮助我们重新设计更好的刀片。“我们很擅长这个。当我们去市场的时候,首先要做到不伤害飞机和机组人员,然后再看性能的提高。这是我们的工作。”

参观离开了工程师,出现在转子叶片的生产区域。与许多复合材料商店一样,VHA的生产从厚度切割开始,这是在一个3米长的自动化平板切割系统上完成的伊士曼机(布法罗,纽约,美国)。VHA使用的大多数预浸料是Torayca 2510的单向版本,该版本基于Toray的T700G 12K拖碳纤维。在其转子叶片的外层,VHA使用了Torayca 2510的平纹编织版本,该版本基于Toray的T700S 12K拖碳纤维。Rosenlof说VHA在2510预浸料方面有很好的经验,这种预浸料可以在高压釜内或外进行加工,东丽作为商品供应,而且很容易从纤维制造商那里获得。

层压,当他们离开桌子,装备和准备layup,这是下一步,执行相邻的洁净室。所有VHA转子叶片均采用夹层结构,包括Evonik Rohacell泡沫核心,周围环绕Torayca UD层。VHA最初在内部加工核心,但最终将其外包给Evonik,后者在其位于美国AL州Mobile的工厂进行工作。

上篮是手工完成的。主转子叶片被放置在房间中心的一个大型复合模具中。尾桨叶被放置在站立的工作台上。厚度的放置是由模具上的标记引导的。对于碳纤维与泡沫直接接触的区域,如倍频器和梁,有凹槽区域预先切割到泡沫中来引导放置。VHA在所有的转子叶片上都使用了导管,包括在某些地区,Airtech的(Huntington Beach, CA, US)未固化的Airpad,非硅橡胶,可形成压膜板和柔性芯棒。

VHA生产的每一个转子叶片都包括一个钛夹具,用于将转子叶片连接到转子叶片支架上,这个夹具是每一层的关键部分。由VHA内部制造,夹具需要额外的厚度,以保持转子叶片的完整性。

完成后的转子叶片层被转移到VHA的两个蒸压箱的旁边,每个蒸压箱大约7.3米长。VHA使用的Torayca环氧预浸料需要标准的121°C固化。

固化后,转子叶片被转移到机械车间,在那里它们被修剪到最终尺寸。VHA几乎所有用于转子叶片的金属部件都是在机加工车间生产的,包括用于转子叶片前缘的钛夹具和镍磨损条。VHA操作两个立式cnc,两个卧式cnc和一个OMAX(肯特,华盛顿州,美国)水射流切割器。三个cnc由哈斯自动化公司。(美国加利福尼亚州奥克斯纳德);一个是由DMG Mori精(日本名古屋)。

最后,VHA对其制造的转子叶片进行严格的测试,并拥有各种夹具和测试机器,旨在评估从叶片平衡到强度和刚度特性的一切。VHA也有自己的贝尔206B直升机,它用来评估动态旋翼叶片性能,包括“感觉”,这是非常重要的飞行员。

连续波询问了无损检测(NDI),然而,Rosenlof注意到VHA没有做任何检测。“我们的质量取决于过程,”他说。“我们监控温度、压力和时间,只要符合这些要求,我们就能制造出优质的转子叶片。”Rosenlof还指出,VHA的大部分工艺和质量控制都集中在上转子叶片表面的公差上,因为这是转子叶片的“功能”面,对转子叶片的性能至关重要。

下一个步骤

VHA的转子叶片工作没有完成。该公司已经在开发新产品,包括双引擎双桨贝尔212的尾翼和主旋翼叶片,以及双引擎四桨贝尔212的尾翼和主旋翼叶片。休伊海尔集团412年贝尔。Rosenlof补充说,VHA正在研究可以提高生产效率的共固化技术。

在我们的旅程结束时,Rosenlof指出,尽管VHA是一个相对较小的业务(其管理人员和员工总数为30人),但该公司已经为自己创造了一个不同于其他许多公司的利基市场,而且它通过大胆而自信地实施复合材料制造能力实现了这一点。这个利基,就像它是为VHA,不是简单地建立起来的,在这个意义上,是很值得的。“我们是,”他打趣道,“一个18岁的人一夜成名。”

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