IAI: Pemimpin Aeropertahanan Premier Israel Bersiap untuk Ekspansi Global

Israel Aerospace Industries (IAI) didirikan sebagai Bedek Aviation Co. pada tahun 1953, lima tahun setelah Negara Israel diciptakan. Ditempatkan di samping Bandara Lod (sekarang dikenal sebagai Bandara Internasional Ben Gurion, tenggara Tel Aviv), perusahaan dimulai dengan 70 karyawan. Seiring berkembangnya Israel, IAI juga berkembang, maju dalam teknologi dan operasi hingga turnover tahunan saat ini US$4 miliar, backlog US$11 miliar dan lebih dari 15.000 karyawan (6.000 adalah insinyur). Ini adalah kompleks industri terbesar di Israel dan pemimpin dunia dalam berbagai teknologi pertahanan.

Meskipun perusahaan diakui untuk kemampuan produksi build-to-print (BTP)/build-to-spec (BTS), ini adalah OEM pertahanan dan penerbangan penuh dan dapat merancang pesawat lengkap, melintasi sertifikasi penerbangan penuh. Contohnya, IAI telah memiliki tanggung jawab penuh untuk desain dan analisis, pengujian tanah dan penerbangan, manufaktur dan assembli dari jet bisnis G150 dan G280 untuk Gulfstream Aerospace Corp. (Savannah, GA, AS). IAI mencapai sertifikasi bersama dari jet bisnis G150 dengan otoritas penerbangan AS, Eropa dan Israel.

Operasi komposit IAI mencakup pembuatan bagian dan assembli untuk jet bisnis dan pesawat komersial, pesawat tanpa awak (UAV) dan pesawat militer. Bagian yang diproduksi mencakup stabilizer vertikal dan horizontal, rudder, struktur sayap, nacelle mesin, balok lantai, pembungkus pintu, bulkhead struktural, rusuk dan penguat, permukaan kontrol, fairing dan radome. Dihitung di antara kemampuan manufakturnya adalah penataan tangan prepreg dan automated tape layup (ATL), hot drape forming, autoclave dan out-of-autoclave cure (OOA) termasuk proses liquid molding, seperti resin infusion dan resin transfer molding (RTM), plus bonding dan assembli yang kompleks. Perusahaan juga merancang dan membangun alatnya sendiri, memiliki semua sertifikasi kualitas penerbangan dan komposit kunci dan menyediakan jaminan kualitas melalui pengujian dan inspeksi non destruktif yang komprehensif.

IAI mempromosikan dirinya sebagai one-stop shop, menawarkan layanan desain dan analisis lengkap, rekayasa, prototipe dan produksi serta manajemen rantai pasok yang kompleks. Kampusnya menyebar di atas banyak hektar dan banyak gedung, 17 di antaranya menempatkan manufaktur dan assembli terkait kompositnya.

Tur CW dipimpin oleh direktur pemasaran dan bisnis IAI Eitan Shalit, direktur program R&D Hary Rosenfeld dan Dr. Zev Miller, manajer bahan dan proses komposit dalam Grup Engineering & Development IAI. Tur diawali oleh ringkasan perusahaan di gedung produksi komposit baru divisi Aero-assemblies IAI.

Operasi Pesawat Militer dan UAV

Salah satu program komposit kunci IAI adalah produksi kulit atas dan bawah serat karbon-reinforced bismaleimide untuk sayap luar jet F-35 Lightning II. Garis assembli otomatis penuh yang dibangun secara khusus untuk program ini dioperasikan pada tahun 2014 (Fig. 1). IAI merayakan pengiriman set pesawat ke-10 dari struktur sayap kepada Lockheed Martin (Bethesda, MD, AS) pada Juli 2016 dan dijadwalkan untuk memproduksi lebih dari 800 pasang pada tahun 2034.

Hubungan perusahaan dengan Lockheed Martin dimulai dengan pesawat militer F-16. IAI memproduksi stabilizer vertikal untuk beberapa varian F-16. Kulit untuk bagian yang kritis retakan ini dibuat sesuai cetakan, menggunakan prepreg serat karbon unidirectional yang ditata tangan dan autoclave cure.

Perusahaan juga memproduksi stabilizer vertikal dan rudder untuk jet pejuang McDonnell Douglas F-15, kini didukung oleh Boeing, yang menggunakan komposit boron/epoksi. Untuk stabilizer horizontal helikopter UH-60 Black Hawk Sikorsky (Stratford, CT, AS), IAI mengembangkan proses prepreg CFRP terpadu satu kali untuk kotak komposit integral panjang 2m. Struktur kritis penerbangan ini mencapai penghematan berat dan biaya 20% dibandingkan assembly logam sebelumnya. IAI mengambil bagian dari desain hingga pengiriman pertama dalam 9 bulan pada tahun 2003 dan telah memproduksi 1.500 set pesawat hingga saat ini di divisi RAMTA di Be’er Sheva di selatan.

IAI memiliki pengalaman luas dalam desain dan produksi UAV, dimulai dengan sistem pesawat tanpa awak (RPAS) Scout pada tahun 1978. Scout diikuti oleh pesawat Pioneer, Ranger dan Hunter, semuanya dengan struktur 100% komposit, yang dibuat menggunakan kulit kain basah/epoksi dan inti sarang lebah. Ini kemudian beralih ke CF prepreg dan inti busa polymethacrylimide (PMI) Rohacell dari Evonik (Essen, Jerman).

Produksi saat ini mencakup Searcher Mk III, keluarga pesawat Bird Eye, Panther Fixed Wing dan pesawat VTOL (vertical takeoff and landing) Hovermast 100 dan keluarga pesawat tanpa awak Heron. Variannya yang paling canggih, Heron TP, berukuran 14m panjang dengan sayang 26m. Ini adalah UAV MALE (medium-altitude, long-endurance), mampu terbang pada ketinggian 13.716m selama 40 jam. “Semua aerostructure UAV kami adalah 100% komposit,” catat Miller.

Komposit Pesawat Komersial

IAI adalah suplir Tier 1 untuk OEM pesawat komersial dan kontraktor utama untuk jet bisnis Gulfstream G280. Ia membangun pesawat hijau dan terbangnya ke pusat penyelesaian Gulfstream di Dallas, TX, AS. Pada tahun 2009, CW menulis tentang pengembangan IAI dari rudder RTM untuk yang sekarang adalah G280 (lihat “RTM showcase: One-Piece Rudder”). IAI, faktanya, telah merancang dan membangun jet eksekutif Galaxy/Astra, yang Gulfstream akuisisi haknya pada tahun 2001, menyebutnya kembali sebagai G100 dan G200, masing-masing. G280, terbaru dalam garis ini, menampung dua hingga 10 penumpang. Permukaan luarnya 35% komposit dibandingkan 12% untuk G100.

Stabilizer horizontal G280 adalah struktur integral yang diobati autoklaf. Ini terdiri dari stringer yang telah diobati sebelumnya yang dicobond dengan perekat pada kulit prepreg CF/epoksi. Stabilizer vertikal adalah struktur hibrida aluminium dan prepreg yang diobati autoklaf sementara elevator adalah konstruksi sandwich, menggunakan kulit prepreg CF/epoksi dan inti sarang lebah Nomex. Komponen rudder kini diproduksi di NCC (North Coast Composites, Cleveland, OH, AS) dan diassembli di divisi RAMTA IAI, di Be’er Sheva. Wing-to-body fairings G280 menggunakan preform CF yang dibuat dengan kain plain-weave di satu sisi dan noncrimp fabric di sisi lain, dengan dua lembar ditempatkan bersama. Preform ini dan inti busa Rohacell diinfus dengan resin epoksi dan diobati dengan vacuum bag only (VBO) di oven pada 180°C.

Dipersiapkan untuk produksi yang meningkat

IAI memiliki enam kamar bersih. Lima dari mereka (total area lantai 3.010m2) termasuk divisi Aero-assemblies, yang merupakan fasilitas utama IAI untuk manufaktur dan assembli bagian komposit. Meskipun setiap kamar bersih spesial untuk kebutuhan produksi unik pelanggannya, semuanya dilengkapi dengan teknologi penataan lanjutan: baik dengan mesin contour tape layup (CTL) 16-by-3m dari Fives Cincinnati (Hebron, KY, AS), mesin automatic tape layup (ATL) 15-by-3m dari MTorres (Navarra, Spanyol) atau, untuk penataan manual, sistem proyeksi laser, yang disuplai oleh Virtek Vision (Waterloo, ON, Kanada).

Di tempat lain di fasilitas:

• IAI memiliki kemampuan penyimpanan freezer prepreg 193m2. Perusahaan juga telah berinvestasi pada perangkat lunak Total Production Optimization (TPO) Plataine (Waltham, MA, AS) untuk mengoptimalkan tidak hanya pemotongan dan nesting prepreg, tetapi juga penggunaan bahan, mengurangi pemborosan prepreg dan konsumsi bahan baku sebesar 5%. Selain itu, perangkat lunak telah mengotomatisasi produksi, mengurangi tugas manual dan risiko kesalahan yang terkait.
• Kapasitas produksi IAI signifikan, dengan 10 autoklaf, tujuh di antaranya termasuk divisi Aero-assemblies dan berkisar ukuran dari 4,5m panjang dan 2m diameter, hingga yang terbesar pada 14m panjang dan 4,7m diameter.
• Layupan prepreg di-debulk sebelum pengobatan menggunakan mesin hot drape forming (6,9 by 2,7 by 3,1m) dari Electrotherm Industry (Migdal HaEmek, Israel).
• Untuk inspeksi non destruktif bagian komposit, divisi memiliki berbagai mesin dan teknik: empat mesin dengan pengujian ultrasonik phased-array immersion tangki air (UT), dua mesin gantry through transmission ultrasound (TTU) dan dua sistem robotik 3D yang menawarkan pilihan wide-area phased array TTU dengan water squirters, phased array pulse echo dengan skin bubblers (aliran air rendah untuk coupling ke permukaan bagian) atau air-coupled phased array UT.

Divisi Aero-assemblies juga memiliki tiga mesin CNC, berkisar hingga 7 by 3,5m, untuk pemotongan dan pemboran bagian komposit serta peralatan CMM bersama untuk inspeksi dimensi. Tiga pabrik cat dan lima ruang assembli divisi mencakup total area 2.350m2.

Mengotomatisasi RTM

Secara berseberangan dengan fasilitas produksi komposit divisi Aero-assemblies adalah gedung yang menempatkan lab R&D IAI untuk RTM, termasuk sel preforming otomatis (lihat Learn More). “Ini awalnya dikembangkan untuk kursi helikopter Bell 525,” katanya Rosenfeld, “tapi kami dapat menyesuaikannya untuk platform serupa lainnya.” IAI mengembangkan teknologi preforming dengan Techni-Modul Engineering (Coudes, Prancis) untuk menggantikan penataan tangan prepreg. Desain kursi, yang dikembangkan untuk memenuhi persyaratan tabrakan helikopter, menggunakan kombinasi penguat. Rosenfeld menjelaskan, “Kursi bereform dengan lantai saat tabrakan dan kemudian harus menahan beban akselerasi maksimum.” Serat kaca memberikan fleksibilitas dan resistensi dampak yang diperlukan, sementara serat karbon memberikan kekuatan.

“Kursi helikopter ini bertujuan untuk memberikan kesetaraan dengan baseline prepreg, tetapi kami dapat mengoptimalkannya lebih lanjut untuk kinerja dan berat ringan,” katanya Miller. Sel dikonfigurasi dengan stasiun umpan bahan otomatis yang menyediakan penguat ke mesin pemotongan otomatis. Sebuah robot pick-and-place dari ABB (Zurich, Swiss) kemudian memindahkan lembaran kain kering ke alat preforming. Gripper khusus dikembangkan, yang termasuk sensor untuk memeriksa apakah lembaran terlekat. Lengan robot juga memiliki sensor untuk memeriksa posisi setiap lembaran saat ditempatkan menggunakan proyeksi laser. Sebuah kamera memvalidasi orientasi dan posisi lembaran vs. gambar standar yang dicatat dalam database referensi.

Kantong silicone yang dicetak memberikan membran vacuum yang dapat digunakan kembali selama debulking, yang dilakukan enam kali. Selanjutnya, preform yang telah dikompak dipindahkan ke alat di mana pemotongan ultrasonik dilakukan. Tidak ada pemotongan setelah bagian dicetak. Terakhir, preform yang telah dipotong ditempatkan ke dalam satu set cetakan RTM baja yang cocok.

Resin yang digunakan adalah epoksi Prism EP-2400 one-component toughened dari Solvay (Brussel, Belgia). Resin di-degas terlebih dahulu dan kemudian diinjeksikan menggunakan unit yang disuplai oleh Isojet Equipments (Corbas, Prancis). “Biasanya Anda menghabiskan banyak waktu untuk membersihkan saluran dan cetakan, tetapi kami telah menjaga pengaturan injeksi sangat sederhana sehingga kami hanya memiliki jumlah minimal yang perlu dibersihkan,” katanya Rosenfeld. Resin dipanaskan hingga 80°C untuk mengurangi viskositas untuk aliran yang ditingkatkan dan fiber wetout selama injeksi. “Ini sepenuhnya otomatis dan disinkronkan dengan press,” catatan Rosenfeld. Cetakan, yang telah dipanaskan pra hingga 120°C, kemudian ditutup, vacuum diterapkan dan resin diinjeksikan. Hanya vacuum yang digunakan untuk mengalirkan resin melalui preform. Kedua suhu dan tekanan ditingkatkan dalam cetakan, mencapai 180°C dan tekanan 6 bar selama siklus pencetakan 2 jam.” Cetakan didinginkan hingga 50°C, dibuka dan bagian yang selesai dikeluarkan.

Maju Komposit Masa Depan

Ruang berseberangan di lab RTM menempatkan peralatan pengujian, termasuk mesin injeksi dua komponen untuk menguji resin RTM baru: R&D adalah fokus signifikan untuk IAI. Ia memiliki pengalaman dalam lebih dari 86 kolaborasi multi-mitra yang didanai Uni Eropa, termasuk yang berikut:

• Proyek TANGO, yang mendemonstrasikan struktur fuselase, sayap dan center wing box komposit. Sebagai bagian dari TANGO, IAI merancang dan memproduksi tiga rusuk sayap CFRP besar, hingga 1,7m panjang, yang memiliki penguat dan flange integral gelombang sinus yang dicetak dalam satu kali pukulan, menggunakan noncrimp fabric dan RTM.
• CONDICOMP, diorganisir untuk mengelola status bahan selama proses pengobatan komposit.
• ALCAS, yang bertujuan untuk mengurangi biaya manufaktur komponen pesawat komposit.
• IFATS, yang dirintis untuk meningkatkan otonomi pesawat.  

Tiga program lain layak mendapatkan perhatian khusus. Dalam proyek MAAXIMUS 8 tahun yang dipimpin oleh Airbus untuk meningkatkan kerangka pesawat komposit, IAI ditugaskan untuk mempelajari detail struktural — termasuk ply drops dan stringer runouts (terminasi yang典型 di titik produksi, seperti perpuncak lingkar fuselase utama) — dan menyelidiki opsi untuk meningkatkan kekuatan dan berat. Untuk setiap detail, IAI melakukan prediksi kekuatan, menggunakan desain dan rekayasa berbantuan komputer (CAD/CAE) dan analisis FEM, merancang dan memproduksi spesimen uji yang relevan dan kemudian membandingkan hasil uji dengan analisis. Hasil akhir digunakan dalam program keseluruhan untuk membantu rekomendasi untuk desain dan produksi pesawat masa depan.

Dalam LOCOMACHS, IAI adalah salah satu dari 31 perusahaan yang berfokus pada mengurangi atau menghilangkan secara signifikan operasi yang paling memakan waktu dan, oleh karena itu, mahal tetapi tidak menambah nilai dalam assembli kerangka pesawat komposit, seperti assembli sementara untuk memeriksa celah, shimming, penguraian dan penanganan alat. IAI bekerja sama dengan koordinator proyek SAAB Aeronautics (Linköping, Swedia) dan mitra GKN Aerospace (Redditch, UK), Turkish Aerospace Industries (Ankara) dan Netherlands Aerospace Centre (NLR, Amsterdam) untuk membangun demonstrator Lean Assembled Wing Box (LAWiB) (lihat Learn More) dan More Integrated Wing Box (MIWiB). Ia menghasilkan stringer CF/epoksi menggunakan noncrimp fabric (NCF) yang disuplai oleh SAERTEX (Saerbeck, Jerman). Stringer ini dicobond ke kulit NCF. Bagian yang dihasilkan menghilangkan shimming pada antarmuka kulit-spar atas dan mengurangi jumlah fastener untuk penghematan biaya tenaga kerja assembli 30%. Miller melihat potensi penggunaan konsep ini pada struktur lain, termasuk sayap dan ekor yang lebih kecil.

Saat ini, IAI mengambil peran pemimpin dalam dua proyek Clean Sky 2 intensif komposit: OPTICOMS (Optimized Composite Structures for Small Aircraft) dan ECOTECH eco-friendly innovative airframe. Sebagai koordinator, IAI bekerja sama dengan tim OPTICOMS, yang termasuk Piaggio Aircraft (Genoa, Italia), Coriolis Composites (Quéven, Prancis), DANOBAT (Elgoibar, Spanyol) dan TechniModul Engineering — untuk mendemonstrasikan otomatisasi dalam struktur komposit volume rendah untuk mengurangi biaya. Demonstrator sayap Piaggio Aircraft panjang 7m memiliki konstruksi spar/kulit integral yang diproduksi dalam satu kali pukulan. Berbagai teknologi sedang dievaluasi untuk menentukan proses manufaktur yang paling hemat biaya. Satu metode baru adalah Final Pressure Transfer Molding (FPTM). Dikembangkan oleh TechniModul Engineering, mitra IAI untuk sel RTM otomatisnya, proses FPTM menyuntikkan udara atau gas ke dalam ruang tertutup untuk memberikan tekanan hingga 10 bar saat mengobati prepreg termo-set dalam cetakan yang cocok dan dipanaskan. Hasil bagian OOA reportedly setara dengan prepreg yang diobati autoklaf tetapi tanpa memerlukan injeksi resin tambahan, seperti dalam proses Same Qualified Resin Transfer Molding (SQRTM) (lihat “SQRTM enables net-shape parts”).

Untuk ECOTECH, IAI bersama dengan Invent (Braunschweig, Jerman) memimpin konsorsium 12 anggota yang ditugaskan untuk mengembangkan bahan, proses dan teknologi daur ulang baru untuk mengurangi jejak lingkungan produksi pesawat. Sebagai bagian dari proyek Eco-Design sebelumnya, IAI membantu memilih dan mengembangkan teknologi untuk mengurangi berat, biaya, konsumsi energi, emisi, bahan berbahaya dan limbah, yang divalidasi pada tiga demonstrator pada tahun 2017, mencapai pengurangan berat 10-20% dan potensi pengurangan pemanasan global lebih dari 50% dibandingkan praktik saat ini. Di tahap akhir ECOTECH, pengembangan lebih lanjut dalam bahan dan proses teknologi baru akan divalidasi dalam manufaktur empat demonstrator — termoplastik, termo-set, logam dan biomaterial. Demonstrator ini, bersama dengan yang dari OPTICOMS, akan diintegrasikan ke dalam Clean Sky 2 Airframe Integrated Technology Demonstrator (ITD), yang dipimpin oleh Dassault Aviation (Biarritz, Prancis), Airbus DS (Madrid, Spanyol) dan SAAB (lihat “Thermoplastic composite demonstrators — EU roadmap for future airframes”).

Perusahaan juga mengeksplorasi manufaktur aditif, pemantauan kesehatan struktural dan sayap morphed, serta menegaskan posisinya dalam propulsi listrik — apa yang dilihatnya sebagai era penerbangan berikutnya.

Semua ini berbaik buruk untuk masa depan IAI. “Kami memiliki kombinasi unik dari pengalaman produksi selama bertahun-tahun, kemampuan untuk mengembangkan dan menerapkan teknologi komposit canggih dan hubungan lama dengan baik industri penerbangan AS dan Eropa,” katanya Shalit. “Pasar penerbangan komersial dan militer semakin kompetitif, dan komposit adalah kompetensi kunci. IAI akan terus menyediakan solusi dan membantu memenuhi kebutuhan mitra kami untuk pertumbuhan masa depan.”