Schneiden Sie sich eine Nische mit dem Neuen, Andersartigen und Schwierigen

Wie viele Unternehmen, die Verbundteile und -strukturen herstellen, kam Van Horn Aviation (VHA, Tempe, AZ, US) mit wenig Erfahrung und Wissen zu dem Material, aber mit dem inhärenten Wunsch, Kunden bei der Lösung von Problemen zu helfen, mit der Bereitschaft zu lernen und a Wunsch, das Unternehmen voranzubringen. Ironischerweise begann es für Van Horn Aviation mit einem Antrieb ler — oder genauer gesagt, ein Rotorblatt.

Jim Van Horn gründete das Unternehmen im Jahr 2000 in Tempe, und sein Geschäftsplan war einfach:Design und Herstellung von metallischen Ersatzrotorblättern (Heck und Haupt) für Hubschrauber, die noch im Einsatz waren, aber nicht mehr hergestellt wurden. Dies schien eine gute Idee zu sein. Bell’s (Ft. Worth, TX, USA) UH-1 Huey , zum Beispiel, einer der meistverkauften Hubschrauber der Welt, wurde nicht mehr produziert, aber es waren immer noch Tausende der Einheiten im Dienst. VHA betrachtete das Heckrotorblatt für dieses Flugzeug und sah eine lukrative Gelegenheit, nicht nur einen Ersatz zu entwickeln, sondern ein besseres Ersatz. Je mehr Zeit VHA jedoch mit dem Rotorblattdesign verbrachte, desto offensichtlicher wurde, dass ein wirklich optimales Rotorblattdesign die Verwendung von Verbundmaterialien erfordert.

Es gab nur ein Problem, sagt VHA-Präsident Dean Rosenlof, der kurz nach der Eröffnung vor 18 Jahren zum Unternehmen kam:„Wir hatten keine Erfahrung mit Verbundwerkstoffen. Um unser Schicksal in den Griff zu bekommen, wussten wir, dass wir diese Fähigkeit besser in unser Haus bringen sollten. Wir waren für das Design verantwortlich genug; wir müssen verantwortungsbewusst genug sein, um es zu schaffen.“

Wie verwandelt sich ein Designhaus in einen Verbundwerkstoffhersteller ohne Hintergrund in der Verbundwerkstoffherstellung? „Alles drehte sich um Materialversorgung und Lieferanten“, bemerkt Rosenlof. Tatsächlich war VHA von einigen namhaften Anbietern von Verbundwerkstoffen abhängig, die das Unternehmen bei der Einführung seiner Verbundwerkstoffkompetenz unterstützten:Toray Composite Materials America Inc. (Tacoma, WA, USA), Evonik Foams Inc. (Theodore, AL, USA) und 3M ( St. Paul, MN, USA) Klebstoffe. Letztendlich, sagt Rosenlof, musste VHA nur die Verbundwerkstoffe selbst herausfinden und nach und nach seine eigene Verbundwerkstoffkompetenz aufbauen.

VHA, bemerkt Rosenlof, hat mehr als ein Jahrzehnt damit verbracht, seine Fähigkeiten im Bereich Verbundwerkstoffe zu perfektionieren. Dabei hat es sich einen Ruf für die Entwicklung und Herstellung hochwertiger, leistungsstarker und hocheffizienter Rotorblätter aufgebaut, die die OEM-Spezifikationen übertreffen. Damit ist VHA ein von Bell zertifizierter Lieferant von Ersatzblättern – ein streng gehüteter und begehrter Segen des Helikopterherstellers. Heute hat VHA drei etablierte Produkte:das Hauptrotorblatt für die Bell 206B3 Jet Ranger , das Heckrotorblatt für die Bell 206B3/OH-58 Jet Ranger , und das alte UH-1 Huey Heckrotorblatt.

In der Produktion

Nach einer Überprüfung der Geschäftsstrategie und Position von VHA leitet Rosenlof CW hinaus in die Produktionshalle des Unternehmens, wo die meisten der 28 Mitarbeiter des Unternehmens arbeiten. Unterwegs weist er auf einige der Konstrukteure hin, die die „geheime Soße“ von VHA darstellen. Er stellt fest, dass VHA besonders geschickt darin ist, eine Vielzahl von Designparametern zu optimieren, die seine Produkte bemerkenswert machen. Dazu gehören Auftriebs- und Widerstandskoeffizient , der Pitch-Moment und Vibration .

Hubschrauberpiloten, erklärt Rosenlof, reagieren sehr empfindlich auf das „Gefühl“, das ein Rotorblatt für den Betrieb und den Flug des Hubschraubers vermittelt, daher verbringt VHA viel Zeit damit, seine Designs zu testen, um die Leistung zu überprüfen.

„Rotierende Schaufeln sind ein Spannungsfeld – zentrifugal“, bemerkt er. „Und ein Verbundwerkstoff verhält sich in diesem Bereich anders als eine Metallklinge.“ Tatsächlich sind Helikopter-Rotorblätter eine der wenigen Verbundstrukturen auf der Welt, die mit zunehmendem Gewicht an Vorteil verlieren. Rosenlof nennt es das „Gewichts-Bogey“, d. h. ein Rotorblatt, das nicht schwer ist verhält sich anders als die Ganzmetall-Alternative. Aus diesem Grund, sagt Rosenlof, sind alle Klingen von VHA überdimensioniert, um das Gewicht wieder in das System zu bringen.

Darüber hinaus sagt er:„Menschen in der Luft- und Raumfahrt hassen den Wandel“, so dass ein Wechsel von einem metallischen Rotorblatt auf ein Komposit-Rotorblatt im Idealfall die gewohnten Leistungsmerkmale des Piloten erhalten sollte. Es ist ein heikles Gleichgewicht, aber eine VHA hat es geschafft. Das Endergebnis ist jedoch die Sicherheit, und in dieser Hinsicht hat sich das Unternehmen hervorgetan. „Fehler beim Testen und bei der Entwicklung helfen uns, bessere Rotorblätter zu entwickeln“, sagt Rosenlof. „Da sind wir gut. Wenn wir auf den Markt gehen, müssen wir zuerst den Flugzeugen und der Besatzung keinen Schaden zufügen und dann nach Leistungsverbesserungen suchen. Das ist unsere Aufgabe.“

Der Rundgang lässt die Ingenieure hinter sich und taucht in die Rotorblattfertigung auf. Wie in vielen Verbundwerkstätten beginnt die Herstellung bei VHA mit dem Zuschneiden von Lagen, das auf einem 3 m langen automatisierten Flachbett-Schneidsystem von Eastman Machine (Buffalo, NY, USA) durchgeführt wird. Die meisten der Prepreg-VHA-Anwendungen sind die unidirektionale Version von Torayca 2510, die auf Torays T700G 12K-Kohlefaser basiert. Auf der Außenschicht seiner Rotorblätter verwendet VHA die Leinwand-Version von Torayca 2510, die auf Torays T700S 12K Tow-Carbon-Faser basiert. Laut Rosenlof hat VHA gute Erfahrungen mit dem 2510 Prepreg gemacht, das im oder aus dem Autoklaven verarbeitet werden kann, von Toray als Standardprodukt ab Lager geliefert wird und vom Faserhersteller leicht erhältlich ist.

Die Schichten werden, sobald sie vom Tisch kommen, ausgestattet und für das Layup vorbereitet, das der nächste Schritt ist, der in einem angrenzenden Reinraum durchgeführt wird. Alle VHA-Rotorblätter verfügen über eine Sandwich-Konstruktion, bestehend aus Evonik Rohacell-Schaumkern, umgeben von Torayca UD-Lagen. VHA bearbeitete die Kerne zunächst im eigenen Haus, beauftragte dies jedoch schließlich an Evonik, das die Arbeiten in seinem Werk in Mobile, AL, USA durchführt.

Das Auflegen erfolgt von Hand. Die Hauptrotorblätter werden in einer großen Verbundform in der Mitte des Raumes abgelegt. Die Heckrotorblätter werden an Steharbeitsplätzen platziert. Die Lagenplatzierung wird durch Markierungen auf der Form geführt. Für Bereiche, in denen die Kohlefaser in direktem Kontakt mit dem Schaumstoff steht, wie z. B. Doppler und Holme, gibt es vertiefte Bereiche, die in den Schaumstoff vorgeschnitten sind, um die Platzierung zu erleichtern. VHA verwendet Dichtungen für alle ihre Rotorblätter, einschließlich in einigen Bereichen Airpads ungehärteten, nicht silikonfreien Airpad-Gummi, der zu Druckausgleichsplatten und flexiblen Dornen geformt werden kann.

Jedes von VHA hergestellte Rotorblatt enthält eine Titanhalterung zur Befestigung des Rotorblatts am Rotorblattmast, und diese Halterung ist ein kritischer Bestandteil jedes Layups. Die von VHA im eigenen Haus hergestellten Halterungen erfordern zusätzliche Lagenaufbauten um sie herum, um die Integrität der Rotorblätter zu erhalten.

Fertige Rotorblatt-Layups werden neben einen der beiden Autoklaven von VHA transportiert, die jeweils etwa 7,3 m lang sind. Das von Torayca verwendete Epoxid-Prepreg-VHA erfordert eine standardmäßige Aushärtung bei 121 °C.

Nach dem Aushärten werden Rotorblätter in die Maschinenhalle transportiert, wo sie auf Endmaß getrimmt werden. In der Maschinenhalle fertigt VHA auch fast alle metallischen Teile der Rotorblätter, einschließlich der Titanhalterungen und Nickelabriebstreifen für die Rotorblattvorderkante. VHA betreibt zwei vertikale CNCs, zwei horizontale CNCs und einen OMAX (Kent, WA, US) Wasserstrahlschneider. Drei CNCs werden von Haas Automation Inc. (Oxnard, CA, USA) geliefert; eine wird von DMG Mori Seiki (Nagoya, Japan) geliefert.

Schließlich führt VHA strenge Tests der hergestellten Rotorblätter durch und verfügt über eine Vielzahl von Vorrichtungen und Prüfmaschinen, die entwickelt wurden, um alles von der Blattbalance bis hin zu Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften zu bewerten. VHA verfügt auch über einen eigenen Bell 206B-Hubschrauber, mit dem die dynamischen Rotorblatteigenschaften einschließlich des für Piloten so wichtigen „Gefühls“ bewertet werden.

Wenn CW nach der zerstörungsfreien Inspektion (NDI) erkundigt, stellt Rosenlof jedoch fest, dass VHA keine macht. „Wir haben prozessabhängige Qualität“, sagt er. „Wir überwachen Temperatur, Druck und Zeit, und solange wir damit innerhalb der Spezifikation liegen, stellen wir gute Rotorblätter her.“ Rosenlof weist auch darauf hin, dass sich ein Großteil der Prozess- und Qualitätskontrolle von VHA auf Toleranzen der oberen Rotorblattoberfläche konzentriert, da dies die „funktionale“ Seite eines Rotorblatts ist und für die Rotorblattleistung am wichtigsten ist.

Nächste Schritte

Die Rotorblattarbeit der VHA ist nicht getan. Das Unternehmen entwickelt bereits neue Produkte, darunter Heck- und Hauptrotorblätter für den zweimotorigen, zweiblättrigen Bell 212 und den zweimotorigen, vierblättrigen Huey -Klasse Bell 412. Rosenlof fügt hinzu, dass VHA an Co-Härtungstechnologien arbeitet, die eine höhere Produktionseffizienz ermöglichen könnten.

Zum Abschluss unserer Tour stellt Rosenlof fest, dass VHA, obwohl es sich um einen relativ kleinen Betrieb handelt (mit Führungskräften und einer Belegschaft von insgesamt 30), sich im Gegensatz zu vielen anderen eine Nische geschaffen hat, und zwar durch die mutige Einführung der Fertigungskapazitäten für Verbundwerkstoffe und selbstbewusst. Diese Nische, so robust sie auch für VHA ist, wurde nicht einfach gebaut und ist in diesem Sinne wohlverdient. „Wir sind“, witzelt er, „ein 18-jähriger Erfolg über Nacht.“