новини

Ще в 1950-х роках,композити, армовані скловолокномвикористовувалися в ненесучих компонентах планера вертольотів, таких як обтічники та оглядові люки, хоча їхнє застосування було досить обмеженим.

Прорив у розробці композитних матеріалів для гелікоптерів відбувся у 1960-х роках завдяки успішній розробці лопатей ротора з композиту, армованого скловолокном. Це продемонструвало видатні переваги композитів — чудову втомну міцність, багатопроменеву передачу навантаження, повільне поширення тріщин та простоту компресійного формування — які були повністю реалізовані у застосуванні лопатей ротора. Притаманні волокнистим композитам недоліки — низька міжшарова міцність на зсув та чутливість до факторів навколишнього середовища — не вплинули негативно на конструкцію або застосування лопатей ротора.

Хоча термін служби металевих лопатей зазвичай не перевищує 2000 годин, композитні лопаті можуть досягати терміну служби понад 6000 годин, потенційно необмежений, та дозволяють проводити технічне обслуговування залежно від стану. Це не тільки підвищує безпеку вертольотів, але й значно знижує вартість лопатей протягом усього життєвого циклу, що дає суттєві економічні вигоди. Простий та легкий в експлуатації процес компресійного формування та затвердіння композитів у поєднанні з можливістю налаштування міцності, жорсткості (включаючи характеристики демпфування) дозволяє ефективніше покращувати аеродинамічний профіль та оптимізувати конструкцію лопатей ротора, а також оптимізувати структурну динаміку ротора. З 1970-х років дослідження нових аеродинамічних профилей призвели до створення серії високопродуктивних профілів лопатей вертольотів. Ці нові аеродинамічні профилі мають перехід від симетричних до повністю вигнутих, асиметричних конструкцій, що дозволяє значно збільшити максимальні коефіцієнти підйомної сили та критичні числа Маха, зменшити коефіцієнти опору та мінімальні зміни коефіцієнтів моменту. Удосконалення форм законців лопатей ротора — від прямокутних до стрілоподібних, конічних законців; параболічних стрілоподібних законців із загнутим донизу; до вдосконалених тонких стрілоподібних наконечників BERP — суттєво покращили розподіл аеродинамічного навантаження, інтерференцію вихрів, вібрацію та шумові характеристики, тим самим підвищуючи ефективність ротора.

Більше того, конструктори впровадили міждисциплінарну інтегровану оптимізацію аеродинаміки та структурної динаміки лопатей ротора, поєднуючи оптимізацію композитних матеріалів з оптимізацією конструкції ротора для досягнення покращених характеристик лопатей та зниження вібрації/шуму. Як наслідок, до кінця 1970-х років майже всі нещодавно розроблені гелікоптери використовували композитні лопаті, тоді як переобладнання старих моделей з металевих лопатей на композитні дало надзвичайно ефективні результати.

Основними міркуваннями щодо використання композитних матеріалів у конструкціях планера вертольотів є: складні вигнуті поверхні зовнішніх частин вертольотів у поєднанні з відносно низьким структурним навантаженням, що робить їх придатними для виготовлення з композитних матеріалів для підвищення стійкості до пошкоджень конструкції та забезпечення безпечної та надійної експлуатації; потреба у зменшенні ваги конструкцій планера як для багатоцільових, так і для ударних вертольотів; та вимоги до амортизуючих конструкцій та малопомітної конструкції. Щоб задовольнити ці потреби, Науково-дослідний інститут прикладних авіаційних технологій армії США у 1979 році створив Програму передових композитних планерів (ACAP). З 1980-х років, коли гелікоптери, такі як Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 та європейський MBB BK-117 з повністю композитними планерами, розпочали випробувальні польоти, до успішної інтеграції компанією Bell Helicopter композитних крил та фюзеляжу V-280 у 2016 році, розробка гелікоптерів з повністю композитними планерами зробила значний крок. Порівняно з еталонними літаками з алюмінієвих сплавів, композитні планери забезпечують суттєві переваги у вазі, виробничих витратах, надійності та ремонтопридатності, що відповідає цілям програми ACAP, викладеним у таблиці 1-3. Отже, експерти стверджують, що заміна алюмінієвих планерів композитними конструкціями має значення, порівнянне з переходом від дерев'яно-тканинних планерів до металевих конструкцій у 1940-х роках.

Звичайно, ступінь використання композитних матеріалів у конструкціях планера тісно пов'язаний з конструктивними характеристиками гелікоптерів (показниками продуктивності). Наразі композитні матеріали становлять від 30% до 50% ваги конструкції планера середніх та важких ударних гелікоптерів, тоді як військово-цивільні транспортні гелікоптери використовують більший відсоток, досягаючи 70%-80%. Композитні матеріали в основному використовуються в компонентах фюзеляжу, таких як хвостова балка, вертикальний стабілізатор та горизонтальний стабілізатор. Це служить двом цілям: зменшенню ваги та легкості формування складних поверхонь, таких як канальні вертикальні стабілізатори. Ударопоглинаючі конструкції також використовують композити для досягнення економії ваги. Однак для легких та малих гелікоптерів з простішими конструкціями, меншими навантаженнями та тонкими стінками використання композитів не обов'язково є економічно ефективним.