开拓细分领域：Van Horn Aviation 在复合材料航空航天领域的创新

像许多复合材料零部件制造商一样，Van Horn Aviation（VHA，美国亚利桑那州坦佩）初涉复合材料时经验为零，却怀揣助客户解难、乐于学习、推动公司前行的内在驱动力。讽刺的是，VHA 的复合材料之路始于一只“推进器”——准确说是旋翼桨叶。

Jim Van Horn 2000 年在坦佩创立公司，商业计划简单：为仍在服役但停产的直升机设计制造替代金属旋翼桨叶（尾桨和主桨）。这看似良机。贝尔公司（德克萨斯州沃思堡）UH-1“休伊”直升机是世界畅销机型之一，虽停产但仍有数千架服役。VHA 盯上其尾桨桨叶，看到了不仅设计替代品、更设计“更好”替代品的商机。但投入旋翼设计越深，越发觉真正最优设计必须用复合材料。

VHA 总裁 Dean Rosenlof（开业 18 年前不久加入）回忆：“我们零复合材料经验。为掌控命运，我们必须内化这项能力。我们对设计负责，也必须对制造负责。”

设计公司如何零基础转型为复合材料制造商？“一切关乎材料供应和供应商，”Rosenlof 指出。VHA 依赖几家知名复合材料供应商启动专业知识：Toray Composite Materials America（华盛顿州塔科马）、Evonik Foams Inc.（阿拉巴马西奥多）、3M（明尼苏达州圣保罗）胶粘剂。最终，Rosenlof 说，VHA 必须自行摸索复合材料，逐步建立自身专长。

Rosenlof 称，VHA 耗时十余年打磨复合材料能力，建立起设计制造高质量、高性能、高效率旋翼桨叶、超越 OEM 规格的声誉。因此 VHA 成为贝尔认证替代桨叶供应商——这项直升机制造商严守且极其垂青的认证。如今 VHA 拥有三款成熟产品：贝尔 206B3“喷气游骑兵”主旋翼桨叶、贝尔 206B3/OH-58“喷气游骑兵”尾旋翼桨叶、传统 UH-1“休伊”尾旋翼桨叶。

生产车间实况

回顾业务战略与定位后，Rosenlof 带领参观生产车间，公司 28 名员工多在此工作。途中指出演表公司“秘方”的设计工程师。VHA 在优化多项设计参数上独具造诣：升阻系数、俯仰力矩和振动。

直升机飞行员对旋翼桨叶传递的操纵“手感”极为敏感，VHA 投入大量时间飞行测试验证性能。

“旋转桨叶是张力场——离心力场，”Rosenlof 解释，“复合材料在该场中的表现与金属桨叶截然不同。”事实上，直升机旋翼桨叶是世界上极少数随重量减轻而失去优势的复合材料结构。Rosenlof 称之为“重量博弈”：不够重的旋翼桨叶表现与全金属替代品不同。因此 VHA 所有桨叶均超设计以增加回重。

此外，“航空航天界讨厌变革，”意即从金属桨叶换装复合材料桨叶理应保留飞行员习惯的性能特征。这是微妙平衡，但 VHA 驾驭得当。底线是安全，公司表现卓越。“测试开发中的失效帮我们重新设计更好的桨叶，”Rosenlof 说，“我们擅长此道。上市前必须首先不伤飞机机组，再看性能提升。这是我们的职责。”

参观离开工程师区，进入旋翼桨叶生产区。像许多复合材料车间，VHA 制造始于铺层裁切，用 East Machine（纽约州布法罗）3 米长自动平床裁切系统。大部分预浸料为 Torayca 2510 单向版，基于东丽 T700G 12K 碳纤维束。桨叶外层用 Torayca 2510 平织版，基于东丽 T700S 12K 碳纤维束。Rosenlof 称 2510 预浸料表现良好，可高压釜内外固化，作为大宗商品现货供应，易从纤维厂获取。

裁切下料经成套准备进入相邻洁净室铺层。所有 VHA 旋翼桨叶采用三明治结构：Evonik Rohacell 泡沫芯包裹 Torayca 单向铺层。VHA 初期自行加工芯材，后外包给 Evonik，在其阿拉巴马州莫比尔工厂完成。

铺层为手工。主旋翼桨叶在室中央大型复合模具铺设；尾旋翼桨叶在立式工作台。铺层按模具标记定位。碳纤维直接接触泡沫区域（如加强层、梁条）在泡沫上预切凹槽引导定位。VHA 所有桨叶均使用压模，部分区域用 Airtech（加州亨廷顿比奇）Airpad 未固化非硅橡胶，可成型为压模片和柔性芯轴。

每片桨叶含钛合金固定件，连接桨叶与桨毂，是铺层关键部件。由 VHA 自制，周边需额外铺层堆叠以保桨叶完整性。

铺层完成转入两台高压釜，每台约 7.3 米长。Torayca 环氧预浸料需标准 121°C 固化。

固化后进机加工车间修剪至最终尺寸。机加工车间也制造桨叶几乎所有金属件，含钛合金固定件和桨叶前缘镍合金耐磨条。VHA 运营两台立式 CNC、两台卧式 CNC 和一台 OMAX（华盛顿州肯特）水刀切割机。三台 Haas Automation（加州奥克斯纳德），一台 DMG Mori Seiki（日本名古屋）。

最后 VHA 对制造桨叶进行严格测试，拥有多种夹具和测试设备，评估桨叶平衡、强度刚度等性能。VHA 还拥有自有贝尔 206B 直升机，评估动态桨叶性能，含飞行员极重视的“手感”。

询问无损检测（NDI）时，Rosenlof 称 VHA 不做 NDI。“我们靠工艺依赖性质量，”他说，“监控温度、压力、时间，只要在规范内，就是在造好桨叶。”Rosenlof 还指出，工艺质控重点在于桨叶上表面公差，因这是桨叶“功能面”，对性能最关键。

下一步

VHA 旋翼桨叶业务未止步。公司正开发新产品：双发双桨贝尔 212 尾/主旋翼桨叶、双发四桨“休伊”级贝尔 412 尾/主旋翼桨叶。Rosenlof 补充，VHA 正研究共固化技术以提升制造效率。

参观结束时，Rosenlof 感慨：虽管理层和员工仅 30 人，VHA 却大胆自信实施复合材料制造能力，开辟出独一无二的细分领域。这块领地虽稳固，来之不易。“我们是，”他调侃，“一个 18 年的‘一夜成名’。”