Perfil Geral
História e tendências futuras
Quando Wilbur e Orville Wright fizeram seu primeiro voo bem-sucedido em 1903, a fabricação de aeronaves era um ofício praticado nas pequenas oficinas de experimentadores e aventureiros. As pequenas mas dramáticas contribuições feitas por aeronaves militares durante a Primeira Guerra Mundial ajudaram a tirar a manufatura da oficina e levá-la à produção em massa. As aeronaves de segunda geração ajudaram os operadores do pós-guerra a fazer incursões na esfera comercial, principalmente como transportadoras de correio e carga expressa. Os aviões, no entanto, permaneceram despressurizados, mal aquecidos e incapazes de voar acima do clima. Apesar dessas desvantagens, as viagens de passageiros aumentaram 600% de 1936 a 1941, mas ainda eram um luxo que poucos experimentaram. Os avanços dramáticos na tecnologia aeronáutica e o uso concomitante do poder aéreo durante a Segunda Guerra Mundial promoveram o crescimento explosivo da capacidade de fabricação de aeronaves que sobreviveram à guerra nos Estados Unidos, Reino Unido e União Soviética. Desde a Segunda Guerra Mundial, os mísseis táticos e estratégicos, os satélites de reconhecimento e navegação e as aeronaves pilotadas assumiram uma importância militar cada vez maior. A tecnologia de comunicação por satélite, geomonitoramento e rastreamento do tempo tornou-se de importância comercial crescente. A introdução de aeronaves civis movidas a turbojato no final da década de 1950 tornou as viagens aéreas mais rápidas e confortáveis e iniciou um crescimento dramático nas viagens aéreas comerciais. Em 1993, mais de 1.25 trilhão de milhas de passageiros foram voadas anualmente em todo o mundo. Este número é projetado para quase triplicar até 2013.
Padrões de emprego
O emprego nas indústrias aeroespaciais é altamente cíclico. O emprego aeroespacial direto na União Européia, América do Norte e Japão atingiu um pico de 1,770,000 em 1989, antes de cair para 1,300,000 em 1995, com grande parte da perda de empregos ocorrendo nos Estados Unidos e no Reino Unido. A grande indústria aeroespacial na Confederação dos Estados Independentes foi significativamente perturbada após o desmembramento da União Soviética. Existe uma capacidade de fabricação pequena, mas em rápido crescimento, na Índia e na China. A fabricação de mísseis intercontinentais e espaciais e bombardeiros de longo alcance foi amplamente restrita aos Estados Unidos e à ex-União Soviética, com a França desenvolvendo capacidades de lançamento espacial comercial. Mísseis estratégicos de curto alcance, mísseis táticos e bombardeiros, foguetes comerciais e aviões de caça são fabricados mais amplamente. Grandes aeronaves comerciais (aquelas com 100 assentos ou mais) são construídas por, ou em cooperação com, fabricantes baseados nos Estados Unidos e na Europa. A fabricação de aeronaves regionais (capacidade inferior a 100 assentos) e jatos executivos é mais dispersa. A fabricação de aeronaves para pilotos privados, baseada principalmente nos Estados Unidos, diminuiu de quase 18,000 aeronaves em 1978 para menos de 1,000 em 1992 antes de se recuperar.
O emprego é dividido em medidas aproximadamente iguais entre a fabricação de aeronaves militares, aeronaves comerciais, mísseis e veículos espaciais e equipamentos relacionados. Dentro das empresas individuais, os cargos de engenharia, manufatura e administração representam, cada um, aproximadamente um terço da população empregada. Os homens representam cerca de 80% da força de trabalho de engenharia e produção aeroespacial, sendo a esmagadora maioria dos artesãos, engenheiros e gerentes de produção altamente qualificados.
divisões da indústria
As necessidades e práticas marcadamente diferentes de clientes governamentais e civis geralmente resultam na segmentação de fabricantes aeroespaciais em empresas de defesa e comerciais ou divisões de corporações maiores. Células, motores (também chamados de powerplants) e aviônicos (equipamentos eletrônicos de navegação, comunicação e controle de vôo) são geralmente fornecidos por fabricantes separados. Motores e aviônicos podem responder por um quarto do custo final de um avião. A fabricação aeroespacial requer o projeto, fabricação e montagem, inspeção e teste de uma vasta gama de componentes. Os fabricantes formaram matrizes interconectadas de subcontratados e fornecedores externos e internos de componentes para atender às suas necessidades. Demandas econômicas, tecnológicas, mercadológicas e políticas levaram a uma crescente globalização da fabricação de componentes e subconjuntos de aeronaves.
Materiais de Fabricação, Instalações e Processos
Materiais
As fuselagens foram originalmente feitas de madeira e tecido e depois evoluíram para componentes estruturais de metal. As ligas de alumínio têm sido amplamente utilizadas devido à sua resistência e leveza. Ligas de berílio, titânio e magnésio também são usadas, principalmente em aeronaves de alto desempenho. Materiais compostos avançados (matrizes de fibras incorporadas em matrizes plásticas) são uma família de substitutos fortes e duráveis para componentes metálicos. Os materiais compostos oferecem resistência igual ou maior, menor peso e maior resistência ao calor do que os metais usados atualmente e têm a vantagem adicional em aeronaves militares de reduzir significativamente o perfil de radar da fuselagem. Os sistemas de resina epóxi são os compósitos mais utilizados na indústria aeroespacial, representando cerca de 65% dos materiais utilizados. Os sistemas de resina de poliimida são usados onde é necessária resistência a altas temperaturas. Outros sistemas de resina usados incluem fenólicos, poliésteres e silicones. As aminas alifáticas são frequentemente usadas como agentes de cura. As fibras de suporte incluem grafite, Kevlar e fibra de vidro. Estabilizadores, catalisadores, aceleradores, antioxidantes e plastificantes atuam como acessórios para produzir a consistência desejada. Sistemas de resina adicionais incluem poliésteres saturados e insaturados, poliuretanos e polímeros contendo vinil, acrílico, ureia e flúor.
Tintas de primer, laca e esmalte protegem superfícies vulneráveis de temperaturas extremas e condições corrosivas. A tinta primer mais comum é composta por resinas sintéticas pigmentadas com cromato de zinco e pigmento estendido. Seca muito rapidamente, melhora a aderência dos acabamentos e previne a corrosão do alumínio, aço e suas ligas. Esmaltes e lacas são aplicados a superfícies com primer como revestimentos e acabamentos protetores externos e para fins de cor. Os esmaltes de aeronaves são feitos de óleos secantes, resinas naturais e sintéticas, pigmentos e solventes apropriados. Dependendo de sua aplicação, as lacas podem conter resinas, plastificantes, ésteres de celulose, cromato de zinco, pigmentos, diluentes e solventes apropriados. As misturas de borracha encontram uso comum em tintas, materiais de revestimento de células de combustível, lubrificantes e conservantes, suportes de motores, roupas de proteção, mangueiras, juntas e vedações. Óleos naturais e sintéticos são usados para resfriar, lubrificar e reduzir o atrito em motores, sistemas hidráulicos e máquinas-ferramentas. A gasolina de aviação e o combustível para aviação são derivados de hidrocarbonetos derivados do petróleo. Combustíveis líquidos e sólidos de alta energia têm aplicações em voos espaciais e contêm materiais com propriedades físicas e químicas inerentemente perigosas; tais materiais incluem oxigênio líquido, hidrazina, peróxidos e flúor.
Muitos materiais são usados no processo de fabricação que não se tornam parte da fuselagem final. Os fabricantes podem ter dezenas de milhares de produtos individuais aprovados para uso, embora muito menos estejam em uso a qualquer momento. Uma grande quantidade e variedade de solventes são usados, com variantes prejudiciais ao meio ambiente, como metiletilcetona e freon sendo substituídos por solventes mais ecológicos. Ligas de aço contendo cromo e níquel são usadas em ferramentas, e brocas de metal duro contendo cobalto e carboneto de tungstênio são usadas em ferramentas de corte. O chumbo, anteriormente usado em processos de conformação de metais, agora é raramente usado, tendo sido substituído por kirksite.
No total, a indústria aeroespacial usa mais de 5,000 produtos químicos e misturas de compostos químicos, a maioria com vários fornecedores e muitos compostos contendo entre cinco e dez ingredientes. A composição exata de alguns produtos é proprietária ou um segredo comercial, aumentando a complexidade desse grupo heterogêneo.
Instalações e processos de fabricação
A fabricação da fuselagem normalmente é feita em grandes fábricas integradas. Plantas mais novas geralmente têm sistemas de ventilação de exaustão de alto volume com ar compensado controlado. Sistemas de exaustão local podem ser adicionados para funções específicas. A moagem química e a pintura de componentes grandes agora são realizadas rotineiramente em fileiras ou cabines fechadas e automatizadas que contêm vapor ou névoa fugitiva. Instalações de fabricação mais antigas podem fornecer um controle muito mais pobre dos perigos ambientais.
Um grande quadro de engenheiros altamente treinados desenvolve e refina as características estruturais da aeronave ou veículo espacial. Engenheiros adicionais caracterizam a resistência e a durabilidade dos materiais dos componentes e desenvolvem processos de fabricação eficazes. Os computadores assumiram grande parte do trabalho de cálculo e desenho que antes era realizado por engenheiros, desenhistas e técnicos. Os sistemas de computador integrados agora podem ser usados para projetar aeronaves sem o auxílio de desenhos em papel ou maquetes estruturais.
A fabricação começa com a fabricação: a fabricação de peças a partir de materiais de estoque. A fabricação inclui fabricação de ferramentas e gabaritos, trabalho em chapas metálicas, usinagem, trabalho em plástico e compósitos e atividades de suporte. As ferramentas são construídas como modelos e superfícies de trabalho para construir peças de metal ou compostas. Gabaritos guiam corte, furação e montagem. As subseções da fuselagem, os painéis das portas e os revestimentos das asas e da cauda (superfícies externas) são normalmente formados por folhas de alumínio precisamente modeladas, cortadas e tratadas quimicamente. As operações da máquina geralmente são controladas por computador. Enormes moinhos montados em trilhos usinam longarinas de asas de alumínio forjado. Peças menores são cortadas e moldadas com precisão em moinhos, tornos e retificadoras. Os dutos são formados por chapas metálicas ou compósitos. Os componentes internos, incluindo o piso, são tipicamente formados a partir de compósitos ou laminados de camadas externas finas, mas rígidas, sobre um interior em forma de favo de mel. Os materiais compostos são colocados (colocados em camadas sobrepostas cuidadosamente dispostas e modeladas) à mão ou à máquina e depois curados em um forno ou autoclave.
A montagem começa com o acúmulo de componentes em subconjuntos. Os principais subconjuntos incluem asas, estabilizadores, seções da fuselagem, trem de pouso, portas e componentes internos. A montagem da asa é particularmente intensa, exigindo um grande número de furos para serem perfurados com precisão e rebaixados nas peles, através dos quais os rebites são posteriormente cravados. A asa acabada é limpa e selada por dentro para garantir um compartimento de combustível à prova de vazamentos. A montagem final ocorre em enormes salões de montagem, alguns dos quais estão entre os maiores edifícios de manufatura do mundo. A linha de montagem compreende várias posições sequenciais onde a fuselagem permanece por vários dias a mais de uma semana enquanto funções pré-determinadas são executadas. Numerosas operações de montagem ocorrem simultaneamente em cada posição, criando o potencial para exposições cruzadas a produtos químicos. As peças e subconjuntos são movidos em carrinhos, transportadores personalizados e por ponte rolante para a posição apropriada. A fuselagem é movida entre as posições por uma ponte rolante até que o trem de pouso e o trem de pouso do nariz sejam instalados. Os movimentos subsequentes são feitos por reboque.
Durante a montagem final, as seções da fuselagem são rebitadas em torno de uma estrutura de suporte. Vigas de piso e longarinas são instaladas e o interior revestido com um composto inibidor de corrosão. As seções dianteira e traseira da fuselagem são unidas às asas e ao topo da asa (uma estrutura em forma de caixa que serve como tanque principal de combustível e centro estrutural da aeronave). O interior da fuselagem é coberto com mantas de isolamento de fibra de vidro, a fiação elétrica e os dutos de ar são instalados e as superfícies internas são cobertas com painéis decorativos. Caixas de armazenamento, normalmente com luzes integradas para passageiros e suprimentos de oxigênio de emergência, são então instaladas. Assentos, cozinhas e banheiros pré-montados são movidos manualmente e fixados aos trilhos do piso, permitindo a rápida reconfiguração da cabine de passageiros para atender às necessidades da transportadora aérea. Motores e trem de pouso e nariz são montados e componentes aviônicos são instalados. O funcionamento de todos os componentes é exaustivamente testado antes de rebocar a aeronave completa para um cabide separado e bem ventilado, onde é aplicada uma camada protetora de primer (normalmente à base de cromato de zinco), seguida por uma camada decorativa de uretano ou epóxi pintar. Antes da entrega, a aeronave passa por uma série rigorosa de testes de solo e voo.
Além dos trabalhadores envolvidos nos processos reais de engenharia e fabricação, muitos funcionários estão envolvidos no planejamento, acompanhamento e inspeção do trabalho e na aceleração da movimentação de peças e ferramentas. Os artesãos fazem a manutenção das ferramentas elétricas e retificam as brocas de corte. Grandes equipes são necessárias para manutenção de edifícios, serviços de zeladoria e operação de veículos terrestres.