новини

Още през 50-те години на миналия век,композити, подсилени със стъклени влакнаса били използвани в неносещи компоненти на корпусите на хеликоптери, като обтекатели и инспекционни люкове, въпреки че приложението им е било доста ограничено.

Пробивът в композитните материали за хеликоптери се случи през 60-те години на миналия век с успешното разработване на роторни лопатки от композитни материали, подсилени със стъклени влакна. Това демонстрира изключителните предимства на композитите – превъзходна якост на умора, многопътно пренасяне на натоварването, бавни характеристики на разпространение на пукнатини и простота на компресионно формоване – които бяха напълно реализирани в приложенията за роторни лопатки. Присъщите слабости на влакнестите композити – ниска междуслойна якост на срязване и чувствителност към фактори на околната среда – не повлияха неблагоприятно върху дизайна или приложението на роторните лопатки.

Докато металните лопатки обикновено имат експлоатационен живот, който не надвишава 2000 часа, композитните лопатки могат да достигнат експлоатационен живот над 6000 часа, потенциално неограничен, и позволяват поддръжка въз основа на състоянието. Това не само повишава безопасността на хеликоптерите, но и значително намалява разходите за целия жизнен цикъл на лопатките, което води до значителни икономически ползи. Лесният за работа процес на компресионно формоване и втвърдяване на композитите, комбиниран с възможността за персонализиране на здравината, твърдостта (включително характеристиките на амортисьор), позволява по-ефективни подобрения на аеродинамичния профил и оптимизации в дизайна на роторните лопатки, както и оптимизиране на структурната динамика на ротора. От 70-те години на миналия век изследванията на нови аеродинамични профили доведоха до серия от високоефективни профили на лопатките на хеликоптери. Тези нови аеродинамични профили се характеризират с преход от симетрични към напълно извити, асиметрични конструкции, постигайки значително увеличени максимални коефициенти на подемна сила и критични числа на Мах, намалени коефициенти на съпротивление и минимални промени в коефициентите на моментите. Подобрения във формите на върховете на роторните лопатки - от правоъгълни до стреловидни, заострени върхове; параболични стреловидни надолу извити върхове; до усъвършенствани тънки стреловидни BERP накрайници — имат значително подобрено аеродинамично разпределение на натоварването, вихрова интерференция, вибрации и шумови характеристики, като по този начин увеличават ефективността на ротора.

Освен това, конструкторите внедриха мултидисциплинарна интегрирана оптимизация на аеродинамиката и структурната динамика на роторните лопатки, комбинирайки оптимизация на композитните материали с оптимизация на дизайна на ротора, за да постигнат подобрена производителност на лопатките и намаляване на вибрациите/шума. В резултат на това, до края на 70-те години на миналия век, почти всички новоразработени хеликоптери приеха композитни лопатки, докато преоборудването на по-стари модели с метални лопатки с композитни дава забележително ефективни резултати.

Основните съображения за приемане на композитни материали в конструкциите на корпусите на хеликоптери включват: сложните извити повърхности на външните части на хеликоптерите, съчетани с относително ниско структурно натоварване, което ги прави подходящи за композитно производство, за да се подобри толерантността към структурни повреди и да се осигури безопасна и надеждна работа; търсенето на намаляване на теглото в конструкциите на корпусите както за многоцелеви, така и за бойни хеликоптери; и изискванията за абсорбиращи удара конструкции и стелт дизайн. За да отговори на тези нужди, Институтът за изследвания на приложни технологии в авиацията на армията на САЩ създаде Програмата за усъвършенствани композитни корпуси (ACAP) през 1979 г. От 80-те години на миналия век, когато хеликоптери като Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 и европейския MBB BK-117 с изцяло композитни корпуси започнаха тестови полети, до успешното интегриране от Bell Helicopter на композитните крила и фюзелаж на V-280 през 2016 г., разработването на изцяло композитни хеликоптери е постигнало значителен напредък. В сравнение с референтните самолети от алуминиеви сплави, композитните корпуси предлагат значителни предимства по отношение на теглото на корпуса, производствените разходи, надеждността и поддръжката, отговаряйки на целите на програмата ACAP, както е посочено в Таблица 1-3. Следователно, експертите твърдят, че замяната на алуминиевите корпуси с композитни конструкции има значение, сравнимо с прехода от 40-те години на миналия век от дървено-тъканови към метални конструкции.

Естествено, степента на използване на композитни материали в конструкциите на планера е тясно свързана със спецификациите на дизайна на хеликоптерите (показатели за производителност). Понастоящем композитните материали представляват от 30% до 50% от теглото на конструкцията на планера в средните и тежките ударни хеликоптери, докато военните/цивилните транспортни хеликоптери използват по-високи проценти, достигайки 70% до 80%. Композитните материали се използват предимно в компоненти на фюзелажа, като опашната греда, вертикалния стабилизатор и хоризонталния стабилизатор. Това служи за две цели: намаляване на теглото и лесно оформяне на сложни повърхности като вертикални стабилизатори с канали. Конструкциите, абсорбиращи удари, също използват композити, за да се постигне намаляване на теглото. Въпреки това, за леки и малки хеликоптери с по-прости конструкции, по-ниски товари и тънки стени, използването на композити може да не е непременно рентабилно.