uutiset

Jo 1950-luvullalasikuituvahvisteiset komposiititkäytettiin helikopterien runkojen ei-kantavissa osissa, kuten katteiden ja tarkastusluukkujen osalta, vaikka niiden käyttö oli melko rajallista.

Helikoptereiden komposiittimateriaalien läpimurto tapahtui 1960-luvulla lasikuituvahvisteisten komposiittiroottorin lapojen onnistuneen kehittämisen myötä. Tämä osoitti komposiittien huomattavat edut – erinomaisen väsymislujuuden, monireittisen kuormansiirron, hitaan halkeamien etenemisen ja puristusmuovauksen yksinkertaisuuden – jotka hyödynnettiin täysimääräisesti roottorin lapojen sovelluksissa. Kuituvahvisteisten komposiittien luontaiset heikkoudet – alhainen kerrosten välinen leikkauslujuus ja herkkyys ympäristötekijöille – eivät vaikuttaneet haitallisesti roottorin lapojen suunnitteluun tai käyttöön.

Vaikka metallisiipien käyttöikä on tyypillisesti enintään 2000 tuntia, komposiittisiivet voivat saavuttaa yli 6000 tunnin käyttöiän, mahdollisesti rajoittamattoman, ja mahdollistaa kunnonmukaisen huollon. Tämä ei ainoastaan ​​paranna helikopterien turvallisuutta, vaan myös alentaa merkittävästi siipien koko elinkaaren kustannuksia, mikä tuottaa merkittäviä taloudellisia hyötyjä. Komposiittien yksinkertainen ja helppokäyttöinen puristusmuovaus- ja kovetusprosessi yhdistettynä kykyyn räätälöidä lujuutta ja jäykkyyttä (mukaan lukien vaimennusominaisuudet) mahdollistaa tehokkaammat aerodynaamiset profiiliparannukset ja roottorin lapojen suunnittelun optimoinnin sekä roottorin rakenteellisen dynamiikan optimoinnin. 1970-luvulta lähtien uusien siipien tutkimus on tuottanut sarjan tehokkaita helikopterin lapojen profiileja. Näille uusille siipille on ominaista siirtyminen symmetrisistä täysin kaareviin, epäsymmetrisiin malleihin, mikä saavuttaa merkittävästi suuremmat maksiminostovoimakertoimet ja kriittiset Mach-luvut, pienemmät vastuskertoimet ja minimaaliset muutokset momenttikertoimissa. Parannuksia roottorin lapojen kärkien muotoihin – suorakaiteen muotoisista nuolimuotoisiin, kapeneviin kärkiin; parabolisesti nuolimuotoiset alaspäin kaarevat kärjet; edistyneisiin ohuisiin BERP-kärkiin – ovat huomattavasti parantaneet aerodynaamista kuorman jakautumista, pyörrehäiriöitä, tärinää ja melua, mikä lisää roottorin hyötysuhdetta.

Lisäksi suunnittelijat toteuttivat roottorin lapojen aerodynamiikan ja rakenteellisen dynamiikan monitieteistä integroitua optimointia yhdistämällä komposiittimateriaalien optimoinnin roottorin suunnittelun optimointiin lapojen suorituskyvyn parantamiseksi ja tärinän/melun vähentämiseksi. Tämän seurauksena 1970-luvun lopulla lähes kaikissa uusissa helikoptereissa otettiin käyttöön komposiittilapat, kun taas vanhempien metallilapojen jälkiasennus komposiittilavoilla tuotti huomattavan tehokkaita tuloksia.

Komposiittimateriaalien käyttöönotossa helikopterien runkorakenteissa on otettava huomioon pääasiassa seuraavat tekijät: helikopterien ulkopintojen monimutkaiset kaarevat pinnat yhdistettynä suhteellisen alhaiseen rakenteelliseen kuormitukseen, mikä tekee niistä sopivia komposiittivalmistukseen rakenteellisten vaurioiden sietokyvyn parantamiseksi ja turvallisen ja luotettavan käytön varmistamiseksi; sekä yleis- että taisteluhelikoptereiden runkorakenteiden painonkeventämisen tarve; sekä törmäysvoimaa vaimentavien rakenteiden ja häiveominaisuuksien vaatimukset. Näiden tarpeiden täyttämiseksi Yhdysvaltain armeijan ilmailualan sovelletun teknologian tutkimuslaitos perusti vuonna 1979 Advanced Composite Airframe Program (ACAP) -ohjelman. 1980-luvulta lähtien, kun helikopterit, kuten Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 ja eurooppalainen MBB BK-117, aloittivat koelennot kokonaan komposiittirunkoineen, Bell Helicopter onnistui integroimaan V-280:n komposiittisiivet ja -rungon vuonna 2016, kokonaan komposiittirunkohelikoptereiden kehitys on edistynyt merkittävästi. Alumiiniseoksesta valmistetuihin vertailulentokoneisiin verrattuna komposiittirunko tarjoaa huomattavia etuja rungon painon, tuotantokustannusten, luotettavuuden ja huollettavuuden suhteen, mikä täyttää ACAP-ohjelman tavoitteet, kuten taulukossa 1-3 on esitetty. Tämän seurauksena asiantuntijat väittävät, että alumiinirunkojen korvaaminen komposiittirakenteilla on merkittävää kuin 1940-luvun siirtyminen puukankaisista rungoista metallirakenteisiin.

Luonnollisesti komposiittimateriaalien käytön laajuus runkorakenteissa on läheisesti sidoksissa helikopterien suunnitteluvaatimuksiin (suorituskykymittareihin). Tällä hetkellä komposiittimateriaalit muodostavat 30–50 % keskiraskaiden ja raskaiden rynnäkköhelikoptereiden runkorakenteen painosta, kun taas sotilas-/siviilikuljetushelikoptereissa niiden osuus on suurempi, 70–80 %. Komposiittimateriaaleja käytetään pääasiassa rungon osissa, kuten peräpuomissa, pystysuorassa vakaajassa ja vaakasuorassa vakaajassa. Tällä on kaksi tarkoitusta: painon vähentäminen ja monimutkaisten pintojen, kuten kanavoitujen pystysuoran vakaajan, muodostamisen helppous. Myös törmäystä vaimentavissa rakenteissa käytetään komposiitteja painonsäästöjen saavuttamiseksi. Kevyissä ja pienissä helikoptereissa, joilla on yksinkertaisempi rakenne, pienempi kuorma ja ohuet seinät, komposiittien käyttö ei kuitenkaan välttämättä ole kustannustehokasta.