ştiri

Încă din anii 1950,compozite armate cu fibră de sticlăau fost utilizate în componente neportante ale fuselajelor elicopterelor, cum ar fi carenajele și trapele de inspecție, deși aplicarea lor a fost destul de limitată.

Progresul revoluționar în domeniul materialelor compozite pentru elicoptere a avut loc în anii 1960, odată cu dezvoltarea cu succes a palelor de rotor din materiale compozite armate cu fibră de sticlă. Aceasta a demonstrat avantajele remarcabile ale compozitelor - rezistență superioară la oboseală, transfer de sarcină pe căi multiple, caracteristici de propagare lentă a fisurilor și simplitatea turnării prin compresie - care au fost pe deplin realizate în aplicațiile palelor de rotor. Punctele slabe inerente ale compozitelor armate cu fibre - rezistență scăzută la forfecare interlaminară și sensibilitate la factorii de mediu - nu au afectat negativ designul sau aplicarea palelor de rotor.

În timp ce palele metalice au de obicei o durată de viață de cel mult 2000 de ore, palele compozite pot atinge durate de viață de peste 6000 de ore, potențial nelimitate, și permit întreținerea în funcție de starea lor. Acest lucru nu numai că îmbunătățește siguranța elicopterului, dar reduce semnificativ și costul întregului ciclu de viață al palelor, aducând beneficii economice substanțiale. Procesul simplu și ușor de operat de turnare prin compresie și întărire pentru compozite, combinat cu capacitatea de a adapta rezistența, rigiditatea (inclusiv caracteristicile de amortizare), permite îmbunătățiri și optimizări mai eficiente ale profilului aerodinamic în proiectarea palelor rotorului, precum și optimizarea dinamicii structurale a rotorului. Încă din anii 1970, cercetarea noilor profiluri aerodinamice a dat naștere la o serie de profile de pale de elicopter de înaltă performanță. Aceste noi profiluri aerodinamice prezintă o tranziție de la designuri simetrice la cele complet curbate, asimetrice, atingând coeficienți de portanță maximă și numere Mach critice semnificativ crescuți, coeficienți de rezistență redusi și modificări minime ale coeficienților de moment. Îmbunătățiri ale formelor vârfurilor palelor rotorului - de la vârfuri dreptunghiulare la vârfuri conice, baleiate; vârfuri curbate în jos, baleiate parabolice; până la vârfurile BERP avansate cu baleiere subțiri - au îmbunătățit substanțial distribuția aerodinamică a sarcinii, interferența vortexului, vibrațiile și caracteristicile de zgomot, crescând astfel eficiența rotorului.

Mai mult, proiectanții au implementat o optimizare integrată multidisciplinară a aerodinamicii și dinamicii structurale a palelor rotorului, combinând optimizarea materialelor compozite cu optimizarea designului rotorului pentru a obține o performanță îmbunătățită a palelor și o reducere a vibrațiilor/zgomotului. În consecință, până la sfârșitul anilor 1970, aproape toate elicopterele nou dezvoltate au adoptat pale compozite, în timp ce modernizarea modelelor mai vechi cu pale metalice cu unele compozite a dat rezultate remarcabil de eficiente.

Principalele considerații pentru adoptarea materialelor compozite în structurile fuselajelor elicopterelor includ: suprafețele curbate complexe ale exteriorului elicopterelor, împreună cu o încărcare structurală relativ scăzută, ceea ce le face potrivite pentru fabricarea materialelor compozite pentru a îmbunătăți toleranța la deteriorarea structurală și a asigura o funcționare sigură și fiabilă; cererea de reducere a greutății în structurile fuselajelor, atât pentru elicopterele utilitare, cât și pentru cele de atac; și cerințele pentru structuri de absorbție a impactului și design stealth. Pentru a răspunde acestor nevoi, Institutul de Cercetare în Tehnologia Aplicată a Aviației al Armatei SUA a înființat Programul Avansat pentru Fuselaje Compozite (ACAP) în 1979. Din anii 1980, când elicoptere precum Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 și MBB BK-117 european cu fuselaje complet compozite au început zborurile de testare, până la integrarea cu succes de către Bell Helicopter a aripilor și fuselajului compozit al modelului V-280 în 2016, dezvoltarea elicopterelor cu fuselaj complet compozit a făcut progrese semnificative. Comparativ cu aeronavele de referință din aliaj de aluminiu, structurile compozite oferă beneficii substanțiale în ceea ce privește greutatea corpului, costurile de producție, fiabilitatea și mentenanța, îndeplinind obiectivele programului ACAP, așa cum sunt prezentate în Tabelul 1-3. Prin urmare, experții afirmă că înlocuirea structurilor din aluminiu cu structuri compozite are o semnificație comparabilă cu tranziția din anii 1940 de la structurile din lemn la cele metalice.

Bineînțeles, gradul de utilizare a materialelor compozite în structurile fuselajului este strâns legat de specificațiile de proiectare a elicopterelor (indicatori de performanță). În prezent, materialele compozite reprezintă 30% până la 50% din greutatea structurii fuselajului elicopterelor de atac medii și grele, în timp ce elicopterele de transport militare/civile utilizează procente mai mari, ajungând la 70% până la 80%. Materialele compozite sunt utilizate în principal în componentele fuselajului, cum ar fi brațul de coadă, stabilizatorul vertical și stabilizatorul orizontal. Acest lucru servește două scopuri: reducerea greutății și ușurința formării suprafețelor complexe, cum ar fi stabilizatoarele verticale cu conducte. Structurile de absorbție a impactului utilizează, de asemenea, materiale compozite pentru a obține economii de greutate. Cu toate acestea, pentru elicopterele ușoare și mici, cu structuri mai simple, sarcini mai mici și pereți subțiri, utilizarea materialelor compozite poate să nu fie neapărat rentabilă.