nyheter

Redan på 1950-talet,glasfiberförstärkta kompositeranvändes i icke-bärande komponenter i helikopterskrov, såsom kåpor och inspektionsluckor, även om deras tillämpning var ganska begränsad.

Det genombrottande framsteget inom kompositmaterial för helikoptrar skedde på 1960-talet med den framgångsrika utvecklingen av glasfiberförstärkta kompositrotorblad. Detta demonstrerade de enastående fördelarna med kompositer – överlägsen utmattningshållfasthet, lastöverföring i flera banor, långsam sprickutbredning och enkelheten med formpressning – vilka fullt ut realiserades i rotorbladstillämpningar. De inneboende svagheterna hos fiberförstärkta kompositer – låg interlaminär skjuvhållfasthet och känslighet för miljöfaktorer – påverkade inte rotorbladens design eller tillämpning negativt.

Medan metallblad vanligtvis har en livslängd som inte överstiger 2000 timmar, kan kompositblad uppnå livslängder som överstiger 6000 timmar, potentiellt obestämd, och möjliggör tillståndsbaserat underhåll. Detta förbättrar inte bara helikoptersäkerheten utan minskar också avsevärt hela livscykelkostnaden för bladen, vilket ger betydande ekonomiska fördelar. Den enkla och lättanvända formpressnings- och härdningsprocessen för kompositer, i kombination med möjligheten att skräddarsy styrka, styvhet (inklusive dämpningsegenskaper), möjliggör mer effektiva aerodynamiska profilförbättringar och optimeringar i rotorbladsdesign, samt optimering av rotorns strukturella dynamik. Sedan 1970-talet har forskning om nya vingprofiler gett en serie högpresterande helikopterbladprofiler. Dessa nya vingprofiler har en övergång från symmetriska till helt böjda, asymmetriska designer, vilket uppnår avsevärt ökade maximala lyftkoefficienter och kritiska Mach-tal, minskade luftmotståndskoefficienter och minimala förändringar i momentkoefficienter. Förbättringar i rotorbladens spetsformer – från rektangulära till svepta, avsmalnande spetsar; paraboliskt svepta nedåtböjda spetsar; till avancerade tunna svepade BERP-spetsar – har avsevärt förbättrad aerodynamisk lastfördelning, virvelstörningar, vibrationer och bulleregenskaper, vilket ökar rotorns effektivitet.

Dessutom implementerade konstruktörer tvärvetenskaplig integrerad optimering av rotorbladens aerodynamik och strukturella dynamik, genom att kombinera optimering av kompositmaterial med optimering av rotordesign för att uppnå förbättrad bladprestanda och minskning av vibrationer/buller. Följaktligen använde nästan alla nyutvecklade helikoptrar i slutet av 1970-talet kompositblad, medan eftermontering av äldre modeller med metallblad till kompositblad gav anmärkningsvärt effektiva resultat.

De primära övervägandena för att använda kompositmaterial i helikoptrars skrovstrukturer inkluderar: de komplexa böjda ytorna på helikoptrars exteriörer, i kombination med relativt låg strukturell belastning, vilket gör dem lämpliga för komposittillverkning för att förbättra strukturell skadetålighet och säkerställa säker och tillförlitlig drift; kravet på viktminskning i flygkroppsstrukturer för både nytto- och attackhelikoptrar; och krav på kraschabsorberande strukturer och smygdesign. För att möta dessa behov etablerade US Army Aviation Applied Technology Research Institute Advanced Composite Airframe Program (ACAP) 1979. Från 1980-talet, när helikoptrar som Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 och European MBB BK-117 med helkompositflygkroppar började testflygningar, till Bell Helicopters framgångsrika integration av V-280:s kompositvingar och flygkropp 2016, har utvecklingen av helkompositflygkroppshelikoptrar gjort betydande framsteg. Jämfört med referensflygplan av aluminiumlegering ger kompositflygplanskroppar betydande fördelar vad gäller skrovvikt, produktionskostnader, tillförlitlighet och underhållbarhet, och uppfyller ACAP-programmets mål som anges i tabell 1-3. Följaktligen hävdar experter att det är viktigt att ersätta aluminiumflygplanskroppar med kompositstrukturer, vilket motsvarar övergången från flygplanskroppar av trä och tyg till metallstrukturer på 1940-talet.

Naturligtvis är omfattningen av användningen av kompositmaterial i flygkroppsstrukturer nära kopplad till helikopterkonstruktionens specifikationer (prestandamått). För närvarande står kompositmaterial för 30 % till 50 % av flygkroppsstrukturens vikt i medelstora och tunga attackhelikoptrar, medan militära/civila transporthelikoptrar använder högre procentandelar och når 70 % till 80 %. Kompositmaterial används främst i flygkroppskomponenter som stjärtbom, vertikal stabilisator och horisontell stabilisator. Detta tjänar två syften: viktminskning och enkelheten att forma komplexa ytor som kanaliserade vertikala stabilisatorer. Kraschabsorberande strukturer använder också kompositer för att uppnå viktbesparingar. För lätta och små helikoptrar med enklare strukturer, lägre belastningar och tunna väggar är dock användningen av kompositer inte nödvändigtvis kostnadseffektiv.