Elbit Systems：引领以色列与美国的复合材料解决方案

Elbit Systems Ltd.（海法）是以色列最大国防承包商，2017 年营收 33 亿美元，2018 年订单积压超 75 亿美元。业务涵盖军民飞机系统结构、陆地车辆、国土安全、情报电子网络系统。12,500 名员工中近 3,000 人在美国，通过子公司 Elbit Systems of America 运营，分布于犹他州、新罕布什尔州、德克萨斯州沃思堡等地。Elbit Cyclone 近期扩展至格鲁吉亚第比利斯国际机场附近新基地 Aero-Structure Technologies Cyclone (ATC)，与格鲁吉亚政府合作建设。12,000 平方米设施配备两台高压釜、CNC 加工和 NDI 能力，建设完成。“我们正努力让主要飞机 OEM 认证该基地，”Elbit Cyclone 业务开发营销高级经理 Jonathan Hulaty 说。

Elbit Systems Cyclone 子公司位于以色列北部，是金属与复合材料飞机结构及总成的设计生产中心。公司立足于 1970 年 Cyclone 成立的原址，卡米尔附近，最初单栋楼为以色列空军飞机直升机提供维修大修（MRO）服务。螺旋桨旋转产生的螺旋气流启发了原公司名。

Cyclone 1980 年代建立复合材料能力，开始面向以色列外客户：为麦道 DC-10 和 MD-11 宽体机制造金属门，为 F-15、F-16 军用喷气机及湾流 G-200 公务机制造零件。

Elbit 1990 年代末收购 Cyclone，注资扩张，2010 年规模三倍。2017 年 Cyclone 为波音（伊利诺伊州芝加哥）737 商用飞机生产 11,000 个铝门，含后进出门、两侧厨房门、前后货舱门。随后直接与波音签约生产 787“梦想客机”复合材料地板总成及细节件，与 Spirit AeroSystems（堪萨斯州威奇托）签约生产同机型 41 号段复合材料零件。还供应波音 787-8 变体乘客地板梁。公司获波音金牌首选供应商认证——波音最高供应商奖项，极少公司获此殊荣，且为美国境外首家。

客户名单还包括庞巴迪长程公务机、三种变体的美系 F-35“闪电 II”、洛马、西科斯基、GKN Aerospace、德事隆、Triumph、诺斯罗普·格鲁曼、贝尔直升机等。

Hulaty 回忆：“1990 年代末我们 400 员工。现在销售额五倍，员工 500 人。得益于精益流程重视。多为来料加工，虽听不光鲜，但占行业大头。”Hulaty 称质量、重复性、竞争力要求，加上满产所需设备质量体系投资，使这成为艰难但有趣的市场定位：“做航空航天复合材料分级供应商非胆小者所为。”

远未退缩，Cyclone 复合材料业务去年超越金属加工占生产多数，约 60/40 分割。Hulaty 预测增长将持续：“今年复合材料占比可能达 70%。”

零件专长

参观始于主会议室，Hulaty 简介。Cyclone 产能约军民五五开。民用复合材料件含起落架舱门、发动机短舱件、蒙皮、整流罩、操纵面、结构地板格栅。军用复合材料件含蒙皮、门、缠绕外挂油箱、挂架、操纵面、直升机短舱和发动机进气道。

Cyclone 还设计了中高空长航时无人机（MALE UAV）外翼和尾撑，巡航高度 3,048-9,144 米，持续 24-48 小时。但 Hulaty 称公司不再多做无人机业务。“无人机通常小型、湿法铺层，非我长项，”他解释。虽有大型预浸料无人机，但通常小批量或由波音、通用原子等大型防务 OEM 自产。“我们偏好预浸料件长序列生产，而非零星项目。”

Cyclone 预浸料件能力含真空脱体积热成型（HDF）和高压釜固化。NDI 和固化件 CNC 加工现场完成，特长为复杂金属复合总成高速率生产。Cyclone 完成所有航天制造质量认证（AS9100、Nadcap、ISO9001），开发缠绕成型和树脂传递模塑（RTM）能力。

RTM 正是 CW 初识 Cyclone 的契机。公司开发一体化全复合材料替代民航金属客舱门技术，见 2013 年 CW 文章“一体化复合材料航空结构降本”。技术用 RTM 和几何锁定复合件实现可获 FAA 认证结构，紧固件极少，比铝和“黑色铝”复合设计减重 30%、降本 25-35%。Cyclone 成功制造全无紧固件复合门，并将技术延伸至更轻、更低成本复合操纵面，CW 2016 年更新文章“无紧固件复合飞机门及操纵面”有述。Hulaty 会议室展示的无紧固件 1 号门令人印象深刻，表面高质量。随后引领出楼。

精益铺层与测试

Hulaty 带领下山左转进入复合材料生产楼入口。展示件含波音 767 尾撑整流罩、比奇“空中国王”翼梢小翼、F-35 复合件。入口过后左侧国防相关生产限制洁净室关闭。右侧波音 787 零件洁净室，工人铺设预浸料，从小夹具、支柱到复杂 J/I/C 型梁、多件前起落架舱门。预浸料用 Bullmer Assyst（英国威克菲尔德）自动织物裁切机和断头台裁切机切割厚叠任意角度。预浸料冷冻库毗邻洁净室。Hulaty 提到有时预浸料叠层裁切、成套后放回冷冻库。洁净室各处 Aligned Vision（马萨诸塞州切尔姆斯福德）激光投影系统辅助手工铺层。

碳纤维增强塑料（CFRP）地板梁件在公模金属芯模上铺设。Hulaty 详述精益流程：“先铺预浸料叠层再整体贴合芯模。省去逐片贴模的海量时间。铺层再覆盖，用自制 CFRP 压模，确保 100% 零件重复性。”

热成型机靠洁净室后墙，单循环脱体积多件。Hulaty 称：“不知没有热成型如何高速率生产梁条、支柱这类预浸料件。”但承认这非瓶颈，高压釜也非瓶颈。“固化后机加工才是瓶颈，”他坚持，解释长地板梁件，固化后机加工比铺层复杂堆叠快。“高压釜非问题，因可堆叠大量零件同循环固化，单循环产率其实不错。”

相邻大区后墙排列四台高压釜。“高压釜尺寸选型棘手，”Hulaty 称，“平衡产率、单循环装载量，与不过大体积加热冷却耗时。”Cyclone 3 米直径高压釜由 Thermal Equipment Corp.（TEC，加州兰乔多明格斯）供货，长度 5 米、10 米至最长 11 米。

高压釜湾上方夹层设质量保证测试部。Zwick（德国乌尔姆）试验机配气候箱做温度循环，用于飞机操纵面材料测试。“按 OEM 规格做温度载荷循环，”Hulaty 说。“我们自测全项，因几乎所有客户都来认证过我们实验室。”

展示 Cyclone 制造的 CFRP 半径填料（“面条”）显微照片，用于各类预浸料梁结构。 “梁腹板连接腹板需面条传递载荷防空洞，这是极复杂问题，”Hulaty 解释，引领进入第二测试实验室，小圆盘抛光放入 Struers（丹麦 Ballerup）Tegramin 试验设备。“这测试我们铺层工艺连贯性，”他指着强调，“我们自测，非为满足客户要求，而是确保自家工艺达标，坚守自家质量标准。”

NDI 与机加工

参观相邻设施，容纳最终质保（QA）和机加工。高挑 NDI 区左侧大型 Matec Instrument Cos.（马萨诸塞州诺斯伯勒）穿透式超声（TTU）测试机，带水喷嘴耦合声波至零件表面。“TTU 一侧收发，另一侧仅接收，”Hulaty 解释。“可半个八小时班次扫描中大型件如公务机腹部整流罩。”称此为以色列 NDI 最大 TTU 系统，补充：“我们扫描每片自制复合材料。整流罩有时可转统计抽检，因属二级结构非飞行关键，但我们仍倾向全检。”为此 Cyclone 雇佣两名三级复合材料无损检测（NDT）技师。

实验室右侧另一自动超声测试（UT）机，ScanMaster Systems Ltd.（以色列罗什哈因）制造。虽复合件浸水箱，但非 C 扫描。水箱用于相控阵 UT，极快、精度超 C 扫，适用简单形状。

穿过各阶段 QA 零件架，Hulaty 指出 NDT 湾旁存放的工装。“我们自主设计制造大部分金属复合工装，但客户有时自供。经客户批准我们也会改进工装设计提升产率。”

穿门过短廊进入 CNC 区，双五轴 CNC 加工中心由 Breton（意大利戈代戈城堡）供货，原石材切割行业创立。“Breton 机床部件防石粉设计，”CNC 工程经理 Trevor Hutson 说，“故适配 CFRP。我们发现木工 CNC 不够健壮。”

Hulaty 指出车间温度恒定 26°C ±1°C。“任一参数超规机器即停机，”他解释。机床加工范围长 5 米、宽 2.2 米、Z 向行程 1 米。体积精度 50 微米（0.002 英寸）。

加工完成，坐标测量机（CMM）探头切入对零件做最终 CMM 测量。结果经机床数控系统数字化随零件传递，节省检测时间。“校准 CMM 探头，测量零件，”CNC 工程师 Karin Hartman 说，她与 Hutson 并列为 Cyclone 双 CNC 专家。“实时结果，可在问题扩散多件前处理，”Hutson 补充，“也省时，返工即刻进行。”

装配与研发

离开 NDT/CNC 楼，沿山路回会议室楼旁相邻结构，含装配作业。Hulaty 指出众多装配工位，生产 787 41 号段地板梁、驾驶舱地板梁、剪切腹板梁、电子设备（航电）舱。连同前轮舱门（NWWD），将发往美国 Spirit AeroSystems，准备直接投入其 787 41 号段前机身生产线。

细看剪切腹板装配工位，Hulaty 解释：支撑 41 号段货舱地板，提供机腹横向支撑。总成含两根纵向梁加六根支柱，倒装组装。简单旋转治具固定件便于支柱紧固。

“复合件进站已钻孔，”Hulaty 注明，“本楼只钻金属。”金属后部阳极氧化喷漆。装配指令显示器用现成系统。“但指令是我们的，”他说，“改造后对接各零件 CATIA 模型，工程部编写装配指令。红色标示过往变更或错误。近无纸化环境，触屏基础设施赋能。工艺卡电子化随件流转。”

Hulaty 指出商用飞机反导系统 C-MUSIC（商用多光谱红外对抗措施）。Elbit Systems ISTAR 事业部开发，Cyclone 设计结构含自主生成许用值。虽机构内部结构为金属，但整流罩/雷达罩为复合材料。

“以色列所有航空公司必须装备，”他说。“自主系统安装飞机腹部，套件即插即用。拦截便携式肩扛热寻导弹，激活时激光照射来袭导弹。”2013 年首装波音 737，Hulaty 称 C-MUSIC 累计商用飞机运行数千小时，在巴西航空工业 170/190、大多数波音民机平台、多款空客（法国图卢兹）机型测试通过。

马路对面研发实验室，入口走廊展示多种零件，含 3D 打印钛件。CW 了解后者源自 Elbit-Cyclone 研发总监 Lior Zilberman 领导的以色列财团活动。财团目标推进增材制造技术用于航空结构生产。“也关注其增强装配能力潜力，”Hulaty 说。其他用途含直升机升级项目零件，因极小批量（如五架）不值得制工装。研发展示还含 RTM 制造船用螺旋桨、与客户合作开发的翼梢小翼——以简单一体件替代两件式蜂窝总成。

开发一体化复合结构成 Cyclone 强项。翼梢用单体碳/环氧预浸料非高压釜（OOA）工艺降重、降本、缩交期。同优势体现在一体化无紧固件操纵面，单次 RTM 成型。Zilberman 还领导开发多功能结构：嵌入式能量收集、变形能力、结构健康监测/NDI 系统（旋翼定翼），自适应复合旋翼定翼。

研发实验室含裁切室、机加工室、RTM 开发室。后者含 Lauffer Pressen（德国霍尔布内卡）360 吨压机，700 kW 动力系统加热模具，最大 2×2 米零件。Cyclone 与 Polymer G（以色列哈鲁察）合作开发一体化无紧固件客舱门和操纵面技术的树脂注射系统。还有一大型烘箱预热 RTM 模具和/或后固化环氧树脂件。

面向未来产能的投资

参观结束，Hulaty 指出高速率生产装配需投资。参观中见证：测试实验室、NDI 能力、机加工方法。公司还导入 Plataine（马萨诸塞州沃尔瑟姆）全生产优化（TPO）软件，预浸料裁切实现两位数材料节省。TPO 以自动化数字系统取代先前顺序裁切排样，跨多零件优化同材料裁切排样。系统还提升制造良率、缩短裁切和机床调试时间。

“客户信任我们交付高质量零件，但我们也必须持续管控成本、提升产率，”Hulaty 说。Elbit Cyclone 持续寻找新机遇，前景光明但挑战重重。“我们有行之有效的坚定战略，公司增长为证，”Hulaty 说。“但战略随市场变化持续演进。”留下的印象是基于知识经验的务实自信，一家将持续兑现先进技术向可靠航空航天复合材料生产转化承诺的公司。