服务于以色列和美国的复合材料世界

Elbit Systems Ltd.（海法）是以色列最大的国防承包商，2017 年营业额为 33 亿美元，2018 年积压超过 75 亿美元。安全和各种情报、电子和网络系统。在其 12,500 名员工中，近 3,000 名在美国，与其子公司 Elbit Systems of America 合作，该公司在美国犹他州和新罕布什尔州以及 Ft. 拥有多个地点。值得，德克萨斯州，美国。并且 Elbit Cyclone 已扩展到另一个站点，称为 航空结构技术旋风 (ATC)、 靠近格鲁吉亚第比利斯国际机场，与格鲁吉亚政府合作建造。一个 12,000 平方米的设施的建设已经完成，配备两个高压釜和 CNC 加工和 NDI 能力。 “我们现在正在与主要的飞机原始设备制造商合作，使该地点符合条件，”Elbit Cyclone 业务开发和营销高级经理 Jonathan Hulaty 说。

Elbit Systems Cyclone 子公司位于以色列北部，是金属和复合材料飞机结构和组件的设计和生产中心。该公司位于同一地点，靠近 Karmiel，Cyclone 于 1970 年在那里成立，位于一栋建筑内，为以色列空军飞机和直升机提供维护、修理和大修 (MRO) 服务。直升机叶片旋转产生的螺旋风启发了最初的公司名称。

Cyclone 在 1980 年代建立了复合材料能力，并开始为以色列以外的客户工作，为 McDonnell Douglas DC-10 制造金属门 和 MD-11 宽体飞机和 F-15 零件 和 F-16 军用喷气式飞机以及湾流 G-200 公务机。

Elbit 在 1990 年代后期收购了 Cyclone，并对该公司进行了投资，到 2010 年，它的规模扩大了两倍。到 2017 年，Cyclone 已为波音公司（美国伊利诺伊州芝加哥）的 737 商用飞机生产了 11,000 个铝制门，包括机尾入口门、厨房门以及前后货舱门。然后它直接与波音公司签订合同，为 787 Dreamliner 生产复合地板组件和细节部件 ，并与 Spirit AeroSystems（美国堪萨斯州威奇托）在同一架飞机的机身第 41 部分中使用复合材料部件。它还为波音 787-8 型号提供乘客地板横梁。该公司现已被公认为波音公司的最高供应商奖——波音金牌级首选供应商。 Cyclone 是少数实现这一目标的公司之一，并且是美国以外的第一个。

该公司还为庞巴迪（加拿大蒙特利尔，QC）远程公务机提供零件，并为美国锚定的三种型号的 F-35 提供各种零件 闪电II . Cyclone 长期客户名单上的其他知名公司包括洛克希德马丁公司、西科斯基公司、GKN 航空航天公司、德事隆公司、凯旋公司、诺斯罗普格鲁曼公司和贝尔直升机公司。

Hulaty，CW 巡回演出的主持人回忆说，“在 1990 年代后期，我们有 400 名员工。现在，我们的销售额增长了五倍，拥有 500 名员工。这要归功于我们对精益流程的重视。我们所做的大部分工作都是为打印而构建，这听起来可能并不光彩，但它占我们行业的很大一部分。” Hulaty 补充说，质量、可重复性和竞争力要求，加上满足生产所需的设备和质量系统投资，使其在市场上处于艰难但有趣的位置：“成为航空航天复合材料的一级供应商不适合胆小的人。”

Cyclone 公司的复合材料业务并没有因此黯然失色，去年就超过了其金属加工厂，占其产量的大部分，占比约为 60/40。 Hulaty 预测增长将继续：“今年，我们可能会转向 70% 的复合材料。”

零件熟练程度

CW 参观从站点的主会议室开始，Hulaty 在那里进行了简要介绍。他解释说，Cyclone 的制作在军用和商业之间的比例约为 50/50。商用复合材料部件包括起落架门、机舱部件、蒙皮、整流罩、控制面和结构地板网格。军用复合材料包括蒙皮、门、纤维缠绕的外部坦克、挂架、控制面和直升机舷梯和发动机进气口。

Cyclone 还为中空长航时无人机 (MALE UAV) 设计了外翼和尾梁，该飞行器在 3,048-9,144m 的高度飞行时间更长（例如，24 到 48 小时）。然而，Hulaty 指出，该公司不再从事无人机工作。 “无人机通常很小，使用湿式叠层，这不是我们的专长，”他解释说。有使用预浸料制造的更大的无人机，但 Hulaty 指出，这些通常是小批量生产，或者由波音、通用原子公司和其他大型国防原始设备制造商内部生产。 “与零星程序相比，我们更喜欢预浸料零件的长期批量生产。”

Cyclone 的预浸料部件功能包括通过热悬垂成型 (HDF) 和高压釜固化对多个叠层进行真空减厚。固化部件的无损检测 (NDI) 和 CNC 加工在现场完成，其专长是复杂金属和复合材料组件的高速生产。 Cyclone 已完成所有航空制造和质量认证（例如，AS9100、Nadcap、ISO9001），并在纤维缠绕和树脂传递模塑 (RTM) 方面具备开发能力。

RTM 实际上是CW 旋风的第一次介绍。 2013 年 CW 介绍了该公司开发的商用飞机金属乘客门的组合式全复合材料替代品 文章“降低集成复合材料航空结构的成本”。该技术使用 RTM 和几何锁定复合配件，实现了 FAA 认证的结构，紧固件数量很少，与铝和“黑铝”复合设计相比，重量减轻了 30%，成本降低了 25-35%。 CW 描述了 Cyclone 成功制造出完全无紧固件的复合材料门，并将该技术扩展到重量更轻、成本更低的复合材料飞机控制面 在 2016 年题为“无紧固件复合材料飞机门和控制面”的更新中。 Hulaty 通过指出会议室中展示的无紧固件门 #1 来结束他的介绍性发言。该零件令人印象深刻，具有高质量的饰面。然后他带路走出了大楼。

简化的上篮和测试

Hulaty 带领游览下山，然后左转进入 Cyclone 复合材料生产大楼的入口。这里还展示了几个部件：波音 767 尾橇整流罩、比奇King Air 小翼和 F-35 复合材料部件。过了入口，左边的一个用于国防相关生产的限制进入的洁净室仍然关闭。在右侧，波音 787 零件洁净室的工人为一系列零件铺设预浸料，从小型夹子和支柱到复杂的 J 型、I 型和 C 型梁，以及多片式前起落架门。使用 Bullmer Assyst（英国韦克菲尔德）自动织物切割机和断头台机器切割预浸料，以任何角度切割厚叠层。预浸料冷冻机与洁净室相邻。 Hulaty 指出，有时成堆的预浸料会被切割、组装并放回冰箱中。 Aligned Vision（美国马萨诸塞州切姆斯福德）激光投影系统位于整个洁净室辅助手部铺设。

碳纤维增强塑料 (CFRP) 地板梁部件正铺设在阳金属心轴上。 Hulaty 详细介绍了简化的流程，“我们首先铺设预浸料堆栈，然后将它们应用到心轴上。与在工具上逐步应用相比，这可以节省大量时间。然后用我们自己设计的 CFRP 覆盖层覆盖叠层，这有助于确保部件 100% 的可重复性。”

热悬垂成型机位于洁净室的后壁，每个循环可以减少许多零件的体积。 “我不知道您如何在没有热悬垂成型的情况下进行这种高速预浸料零件生产，”Hulaty 在谈到梁和支柱等零件时说。然而，他承认这一步不是瓶颈，高压釜也不是。 “固化后的最后加工是瓶颈，”他坚持说，并解释说对于长地板梁部件，铺设简单的堆叠并在固化后对其进行加工会更快。 “高压釜不是问题，因为我们可以一次堆叠很多零件来固化，”他补充道。 “因此，我们实际上在每个固化周期中获得了良好的生产率。”

在一个大的相邻区域，四个高压釜沿着后墙坐着。 “为您的高压釜确定合适的尺寸是很棘手的，”Hulaty 争辩说，“因为您正在努力平衡生产率和每个周期获得足够的零件，而不是因为体积太大而需要加热和冷却，这需要时间。” Thermal Equipment Corp.（TEC，Rancho Dominguez，CA，US）提供的 Cyclone 直径 3m 高压釜长度从 5m 和 10m 到最长的 11m 不等。

高压釜舱上方的夹层设有质量保证测试部门。在这里，Zwick（德国乌尔姆）测试人员拥有用于温度循环的气候室，这是测试飞机控制表面上使用的材料所必需的。 “它们根据 OEM 规范执行温度和负载循环，”Hulaty 说。 “我们在内部进行所有测试，并且可以进行材料认证，因为几乎所有客户都访问过我们的实验室并对其进行了认证。”

他展示了 Cyclone 制造的 CFRP 半径填料（“面条”）的显微照片，用于各种预浸料梁结构。 “当您制造梁的法兰必须连接到腹板并且使用面条来实现负载转移和防止空隙的部件时，这是一个非常复杂的问题，”Hulaty 解释说，带领参观者进入第二个测试实验室，在那里将小圆盘抛光并放入 Struers（Ballerup，丹麦）制造的 Tegramin 测试设备中。 “这测试了我们铺层过程的连贯性，”他指出，并强调说，“我们自己进行测试，不是为了满足任何客户的要求，而是为了确保我们自己的过程做得很好，坚持我们自己的质量标准。”

NDI 和机加工

接下来参观了一个相邻的设施，那里有最终的质量保证 (QA) 和加工操作。高高的 NDI 区域在左侧装有一台由 Matec Instrument Cos.（美国马萨诸塞州诺斯伯勒）提供的大型穿透式超声 (TTU) 测试机，配有用于将声波耦合到零件表面的喷水器。 “TTU 设备的一侧可以发送和接收，而另一侧只是接收器，”Hulaty 解释说。 “有了这个，我们可以在半个八小时的班次中扫描大中型零件，例如公务机的腹部整流罩。”他声称这是以色列用于 NDI 的最大 TTU 系统，并补充说：“我们扫描我们制造的每一块复合材料。整流罩有时会在一段时间后进行基于统计的检查，因为它们是二级结构，对飞行并不重要，但我们仍然更愿意扫描每一个。”根据这一偏好，Hulaty 指出 Cyclone 为复合材料聘请了两名 III 级无损检测 (NDT) 技术人员。

继续穿过实验室，右侧是另一台自动超声波检测 (UT) 机器，该机器由 ScanMaster Systems Ltd.（以色列 Rosh-Ha'ayin）制造。尽管复合材料部件也在这里浸入水箱中，但这不适用于 C 扫描系统。相反，坦克服务于相控阵 UT，这是一种非常快速的方法，提供比 C 扫描更高的精度，但形状更简单。

当巡视经过 QA 流程各个阶段的零件架时，Hulaty 指出存放在 NDT 隔间旁边的工具。 “我们在内部设计和制造大部分工具，包括金属和复合材料，但有些客户更愿意提供自己的工具。我们也可能会更改模具设计以提高产量，当然，只有在客户同意的情况下。”

穿过一扇门和短走廊，参观者进入 CNC 操作，其中包含由 Breton（意大利 Castello di Godego）提供的双 5 轴 CNC 加工中心，该公司最初是在石材切割行业成立的。 “布列塔尼机器部件的制造可以防止石尘，”CNC 工程经理 Trevor Hutson 说。 “因此，它们与 CFRP 配合得很好。我们发现木工 CNC 机器不够坚固，无法满足我们的生产需求。”

Hulaty 指出，建筑温度保持在 26°C ±1°C。 “如果任何参数超出规格，每台机器都会停止，”他解释说。机器可以处理长达 5m 和 2.2m 的零件，在 z 方向上移动 1m。它们的体积精度被引用为 50 微米（0.002 英寸）。

加工完成后，三坐标测量机 (CMM) 头被接通并对零件执行 CMM 以进行最终 QA。这是通过机器的数字控制系统报告并包含在零件中以节省检查时间。 “我们校准 CMM 测头，然后进行零件测量，”CNC 工程师 Karin Hartman 说，他与 Hutson 一起担任 Cyclone 的第二位 CNC 加工专家。 “这提供了实时结果，因此我们可以在将它们迁移到多个部件之前处理任何问题，”Hutson 补充道。 “它还节省了时间，可以立即完成任何重新加工。”

组装与研发

在这里，游览离开 NDT/CNC 大楼，步行回到山上，经过会议室所在的大楼，到达相邻的结构，可容纳组装操作。 Hulaty 指出了许多组装站，它们为 787 的第 41 部分生产地板梁、飞行甲板梁、剪切腹板梁和电子设备（航空电子设备）舱。这些，连同前轮舱门（NWWD），将运往美国的 Spirit AeroSystems，准备投入该公司的 787 Section 41 生产线，即前机身部分。

更详细地查看抗剪腹板装配站，Hulaty 解释说它支撑第 41 部分货物地板，提供横跨飞机腹部的横向支撑。该组件包括两个纵向梁和六个支柱，全部倒置组装。一个简单的旋转夹具将部件固定在一起，以便于固定支柱。

“进入这里的复合材料已经钻孔，”Hulaty 指出。 “这栋楼里只钻了金属。”金属也经过阳极氧化处理并在建筑物的背面涂漆。装配说明使用现成的系统显示在每个工作站的计算机显示器上。 “但指令是我们的，”他说。 “我们对其进行了修改，以便与每个零件的 CATIA 模型进行对话，然后我们的工程部门创建了装配说明。”他解释说，红色表示过去发生的变化或错误。 “这是一个近乎无纸化的环境，由触摸屏基础设施提供支持。路线卡以电子方式跟随零件。”

继续前进，Hulaty 指出了一种用于商用飞机的反导弹系统，称为 C-MUSIC（商业多光谱红外对抗措施）。它由 Elbit Systems ISTAR 部门开发，Cyclone 设计了系统的结构，包括内部生成的允许值。虽然系统机制和内部结构是金属的，但它的整流罩/天线罩是复合材料。

“所有以色列航空公司都必须配备这个，”他说。 “这是一个通过即插即用套件安装在飞机腹部的自主系统。旨在对抗便携式、肩扛式、寻热导弹，如果该系统被激活，就会向来袭导弹发射激光。” Hulaty 表示，C-MUSIC 系统于 2013 年首次部署在波音 737 上，在商用飞机上已运行数千小时，并已在巴西航空工业公司 170 上进行测试 和 190 以及大多数波音商用平台和几种空中客车（法国图卢兹）机型。

在研发实验室的街对面，入口走廊展示了各种零件，包括一些由 3D 打印钛制成的零件。 连续波 了解到后者是由 Elbit-Cyclone 研发主管 Lior Zilberman 领导的以色列财团的活动造成的。该财团的目标是推进用于航空结构生产的增材制造技术。 “我们也对其增强组装能力的潜力感兴趣，”Hulaty 说。其他用途可能包括直升机升级计划的部件，他指出这是众所周知的小规模运行（例如，五架直升机），“所以装备不是一个负担得起的选择。”研发展示的其他部件包括一个用 RTM 制成的船用螺旋桨和一个与客户一起开发的小翼，用一个简单的集成部件代替两件式蜂窝组件。

开发组合式复合结构已成为 Cyclone 的强项之一。小翼使用由高压釜 (OOA) 加工而成的整体碳/环氧树脂预浸料，以减轻重量、成本和交货时间。在一次性 RTM 工艺中制造的集成式无紧固件控制面也实现了相同的优势。 Zilberman 还带领公司开发了具有嵌入式能量收集、形状变形能力和结构健康监测/NDI 系统的旋转和固定翼的多功能结构，以及自适应复合旋转和固定翼。

研发实验室包括切割室、机加工室和RTM开发室。后者包含一台 Lauffer Pressen（Horb am Neckar，德国）生产的 360 吨压力机和一个 700 千瓦的电源系统，用于加热最大 2 x 2m 的零件模具。 Cyclone 与 Polymer G（Halutza，以色列）合作开发用于集成无紧固件乘客门和控制面技术的树脂注射系统。还有一个大烤箱，用于预热 RTM 模具和/或后固化环氧树脂部件。

对未来生产的投资

参观结束时，Hulaty 指出高速生产和组装需要投资。通过参观，我们在 Cyclone 的测试实验室和 NDI 能力中看到了这样的例子，以及它的加工方法。该公司还实施了 Plataine（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）的全面生产优化 (TPO) 软件，用于在其预浸料切割操作中实现两位数的材料节省。 TPO 用一个自动化的数字系统取代了之前的预浸料的顺序切割和嵌套，该系统可以优化使用相同材料的多个部件的切割嵌套。该系统还有助于提高制造产量并减少切割和机器设置所需的时间。

“我们的客户信任我们提供高质量的零件，但我们还必须不断寻找管理成本和提高生产率的方法，”Hulaty 说。 Elbit Cyclone 继续寻找新的机遇，并看到了光明的未来，尽管充满挑战。 “我们有一个坚定的战略，从公司的增长中可以看出这一点，”Hulaty 说。 “话虽如此，我们的战略也在不断发展，以适应市场变化。”挥之不去的印象是基于知识和经验的务实信心，该公司将继续履行其将先进技术的承诺转化为可靠的航空航天复合材料生产的作用。