νέα

Ήδη από τη δεκαετία του 1950,σύνθετα υλικά ενισχυμένα με ίνες γυαλιούχρησιμοποιήθηκαν σε μη φέροντα εξαρτήματα των πλαισίων των ελικοπτέρων, όπως φέρινγκ και καταπακτές επιθεώρησης, αν και η εφαρμογή τους ήταν αρκετά περιορισμένη.

Η πρωτοποριακή πρόοδος στα σύνθετα υλικά για ελικόπτερα σημειώθηκε τη δεκαετία του 1960 με την επιτυχή ανάπτυξη σύνθετων πτερυγίων ρότορα ενισχυμένων με υαλονήματα. Αυτό κατέδειξε τα εξαιρετικά πλεονεκτήματα των σύνθετων υλικών - ανώτερη αντοχή σε κόπωση, μεταφορά φορτίου πολλαπλών διαδρομών, χαρακτηριστικά αργής διάδοσης ρωγμών και απλότητα της χύτευσης με συμπίεση - τα οποία υλοποιήθηκαν πλήρως σε εφαρμογές πτερυγίων ρότορα. Οι εγγενείς αδυναμίες των σύνθετων υλικών ενισχυμένων με ίνες - χαμηλή διαστρωματική αντοχή και ευαισθησία σε περιβαλλοντικούς παράγοντες - δεν επηρέασαν αρνητικά τον σχεδιασμό ή την εφαρμογή των πτερυγίων.

Ενώ τα μεταλλικά πτερύγια έχουν συνήθως διάρκεια ζωής που δεν υπερβαίνει τις 2000 ώρες, τα σύνθετα πτερύγια μπορούν να επιτύχουν διάρκεια ζωής που υπερβαίνει τις 6000 ώρες, ενδεχομένως απεριόριστη, και επιτρέπουν τη συντήρηση βάσει των συνθηκών. Αυτό όχι μόνο βελτιώνει την ασφάλεια των ελικοπτέρων, αλλά μειώνει επίσης σημαντικά το κόστος πλήρους κύκλου ζωής των πτερυγίων, αποφέροντας σημαντικά οικονομικά οφέλη. Η απλή και εύχρηστη διαδικασία χύτευσης με συμπίεση και σκλήρυνσης για σύνθετα υλικά, σε συνδυασμό με την ικανότητα προσαρμογής της αντοχής και της ακαμψίας (συμπεριλαμβανομένων των χαρακτηριστικών απόσβεσης), επιτρέπει πιο αποτελεσματικές βελτιώσεις και βελτιστοποιήσεις αεροδυναμικού προφίλ στο σχεδιασμό των πτερυγίων του ρότορα, καθώς και βελτιστοποίηση της δομικής δυναμικής του ρότορα. Από τη δεκαετία του 1970, η έρευνα για νέα αεροδυναμικά πτερύγια έχει αποδώσει μια σειρά από προφίλ πτερυγίων ελικοπτέρων υψηλής απόδοσης. Αυτά τα νέα αεροδυναμικά πτερύγια διαθέτουν μια μετάβαση από συμμετρικά σε πλήρως καμπυλωτά, ασύμμετρα σχέδια, επιτυγχάνοντας σημαντικά αυξημένους μέγιστους συντελεστές άντωσης και κρίσιμους αριθμούς Mach, μειωμένους συντελεστές οπισθέλκουσας και ελάχιστες αλλαγές στους συντελεστές ροπής. Βελτιώσεις στα σχήματα των άκρων των πτερυγίων του ρότορα - από ορθογώνια σε κωνικά, κωνικά άκρα. παραβολικά κυρτά προς τα κάτω άκρα. σε προηγμένες λεπτές άκρες BERP με σάρωση—έχουν σημαντικά βελτιωμένη κατανομή αεροδυναμικού φορτίου, παρεμβολές στροβίλου, κραδασμούς και χαρακτηριστικά θορύβου, αυξάνοντας έτσι την απόδοση του ρότορα.

Επιπλέον, οι σχεδιαστές εφάρμοσαν διεπιστημονική ολοκληρωμένη βελτιστοποίηση της αεροδυναμικής των πτερυγίων του ρότορα και της δομικής δυναμικής, συνδυάζοντας τη βελτιστοποίηση σύνθετων υλικών με τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού του ρότορα για την επίτευξη βελτιωμένης απόδοσης των πτερυγίων και μείωσης των κραδασμών/θορύβου. Κατά συνέπεια, μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1970, σχεδόν όλα τα νεοαναπτυγμένα ελικόπτερα υιοθέτησαν σύνθετα πτερύγια, ενώ η μετασκευή παλαιότερων μοντέλων με μεταλλικά πτερύγια σε σύνθετα απέδωσε αξιοσημείωτα αποτελεσματικά αποτελέσματα.

Οι κύριες παράμετροι για την υιοθέτηση σύνθετων υλικών στις δομές των αεροσκαφών των ελικοπτέρων περιλαμβάνουν: τις σύνθετες καμπύλες επιφάνειες των εξωτερικών τμημάτων των ελικοπτέρων, σε συνδυασμό με το σχετικά χαμηλό δομικό φορτίο, που τα καθιστά κατάλληλα για κατασκευή από σύνθετα υλικά, με σκοπό την ενίσχυση της ανοχής στις δομικές ζημιές και την εξασφάλιση ασφαλούς και αξιόπιστης λειτουργίας· την απαίτηση για μείωση βάρους στις δομές των αεροσκαφών τόσο για ελικόπτερα γενικής χρήσης όσο και για επιθετικά ελικόπτερα· και τις απαιτήσεις για δομές απορρόφησης συγκρούσεων και σχεδιασμό stealth. Για την αντιμετώπιση αυτών των αναγκών, το Ινστιτούτο Ερευνών Εφαρμοσμένης Τεχνολογίας της Αεροπορίας του Στρατού των ΗΠΑ ίδρυσε το Πρόγραμμα Προηγμένων Σύνθετων Αεροσκαφών (ACAP) το 1979. Από τη δεκαετία του 1980, όταν ελικόπτερα όπως τα Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 και European MBB BK-117 με αεροσκάφη εξ ολοκλήρου από σύνθετα υλικά ξεκίνησαν δοκιμαστικές πτήσεις, μέχρι την επιτυχή ενσωμάτωση των σύνθετων πτερύγων και της ατράκτου του V-280 από την Bell Helicopter το 2016, η ανάπτυξη ελικοπτέρων εξ ολοκλήρου από σύνθετα υλικά έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο. Σε σύγκριση με τα αεροσκάφη αναφοράς από κράμα αλουμινίου, τα σύνθετα πλαίσια αεροσκαφών προσφέρουν σημαντικά οφέλη ως προς το βάρος, το κόστος παραγωγής, την αξιοπιστία και τη συντηρησιμότητα, επιτυγχάνοντας τους στόχους του προγράμματος ACAP όπως περιγράφονται στον Πίνακα 1-3. Συνεπώς, οι ειδικοί υποστηρίζουν ότι η αντικατάσταση των αλουμινένιων πλαισίων αεροσκαφών με σύνθετες κατασκευές έχει σημασία συγκρίσιμη με τη μετάβαση της δεκαετίας του 1940 από τα ξύλινα-υφάσματα στις μεταλλικές κατασκευές.

Φυσικά, η έκταση της χρήσης σύνθετων υλικών στις δομές των αεροσκαφών συνδέεται στενά με τις προδιαγραφές σχεδιασμού των ελικοπτέρων (μετρικές επιδόσεις). Επί του παρόντος, τα σύνθετα υλικά αντιπροσωπεύουν το 30% έως 50% του βάρους της δομής του αεροσκάφους σε μεσαία και βαριά επιθετικά ελικόπτερα, ενώ τα στρατιωτικά/πολιτικά μεταγωγικά ελικόπτερα χρησιμοποιούν υψηλότερα ποσοστά, φτάνοντας το 70% έως 80%. Τα σύνθετα υλικά χρησιμοποιούνται κυρίως σε εξαρτήματα της ατράκτου, όπως το ουραίο βραχίονα, ο κάθετος σταθεροποιητής και ο οριζόντιος σταθεροποιητής. Αυτό εξυπηρετεί δύο σκοπούς: τη μείωση του βάρους και την ευκολία σχηματισμού σύνθετων επιφανειών όπως οι κάθετοι σταθεροποιητές με αγωγούς. Οι κατασκευές απορρόφησης συγκρούσεων χρησιμοποιούν επίσης σύνθετα υλικά για την επίτευξη εξοικονόμησης βάρους. Ωστόσο, για ελαφρά και μικρά ελικόπτερα με απλούστερες δομές, χαμηλότερα φορτία και λεπτά τοιχώματα, η χρήση σύνθετων υλικών μπορεί να μην είναι απαραίτητα οικονομικά αποδοτική.