【簡介:】直升機(jī)旋翼制造材料為復(fù)合材料。
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同的材料通過某種方法結(jié)合而成的新材料。其中各組分材料一般仍保持其原有持性,但它們彼此取長補(bǔ)短、大力
直升機(jī)旋翼制造材料為復(fù)合材料。
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同的材料通過某種方法結(jié)合而成的新材料。其中各組分材料一般仍保持其原有持性,但它們彼此取長補(bǔ)短、大力協(xié)同,使新材料的性能比各單獨(dú)組分材料更優(yōu)異。通常人們將復(fù)合材料中構(gòu)成連續(xù)相的組分稱為基體,非連續(xù)相的組分稱為增強(qiáng)材料。
輕質(zhì)、高強(qiáng)度和高模量的復(fù)合材料屬先進(jìn)復(fù)合材料,它主要適于作結(jié)構(gòu)材料。復(fù)合材料具有各向異性和性能可設(shè)計(jì)性特點(diǎn),設(shè)計(jì)者可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的使用條件選用適當(dāng)?shù)慕M分材料和調(diào)整增強(qiáng)材料的方向使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)重量輕、安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理。
先進(jìn)復(fù)合材料分為樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和碳-碳復(fù)合材料以及它們相互混合構(gòu)成的復(fù)合材料。
復(fù)合材料在直升機(jī)旋翼制造上的應(yīng)用發(fā)展:
近幾十年來,復(fù)合材料在直升機(jī)上的應(yīng)用研究迅速、面寬,幾乎直升機(jī)的所有結(jié)構(gòu)都開展了復(fù)合材料的應(yīng)用研究,并且大部分取得成功。
五十年代,復(fù)合材料就已成為直升機(jī)整流罩、管道和其它次要結(jié)構(gòu)(特別是復(fù)雜曲面部分的結(jié)構(gòu))的標(biāo)準(zhǔn)材料。如美國 YH-23的蒙皮、H-24中機(jī)身夾層蒙皮的面板、貝爾47座艙罩蒙皮、UH-1的機(jī)頭罩口蓋、尾部整流罩和油箱壁的面板都用玻璃鋼。在1953年,貝爾 47H-1的座艙就是用玻璃纖維制造,并取得FAA適航證。1956年,美國研制了第一副用玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料槳葉。
六十年代,復(fù)合材料在直升機(jī)上的應(yīng)用多限于次結(jié)構(gòu),如超黃蜂、尾梁整流罩和浮筒上罩等用玻璃鋼制成。但在主承力結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用也跨出了一大步,如H-53玻璃鋼駕駛艙;旋翼槳葉的設(shè)計(jì)已明確地朝著全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)方向發(fā)展,如H-43B槳葉、S-61硼復(fù)合材料尾槳、 CH-47的全硼復(fù)合材料先進(jìn)槳等。
七十年代是復(fù)合材料迅猛發(fā)展的十年。直升機(jī)大量使用復(fù)合材料,如占UH-60、YAH-64、S-76的濕面積的25~30%,SA- 365的59%是復(fù)合材料。美國對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的適用性即對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的可靠性、修復(fù)性、維護(hù)性、吸濕性和長期老化問題進(jìn)行了研究。與此同時(shí)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)也經(jīng)受了抗高速砂粒磨蝕、低速撞擊損傷和耐墜毀等的考驗(yàn)。在此期間,直升機(jī)的槳葉、槳轂、尾槳、機(jī)身結(jié)構(gòu)、安定面以及其它結(jié)構(gòu)都用復(fù)合材料進(jìn)行了研制。如BO-105裝上了第一付投入使用的全玻璃鋼槳葉;法國研制成AS-350和SA-365的復(fù)合材料星形柔性槳轂;S-76 采用復(fù)合材料無軸承柔性尾槳;BO-105采用全復(fù)合材料尾梁;OH-58的水平安定面由芳綸/環(huán)氧纏繞而成;UH-1采用用纏繞法制成的石墨/環(huán)氧減速器箱等。
八十年代,復(fù)合材料在直升機(jī)大部分結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用達(dá)到了相當(dāng)成熟的地步。并證明了用復(fù)合材料制造直升機(jī)結(jié)構(gòu),在改善直升機(jī)性能、降低成本、減輕重量等方面收益顯著。探索性地研究了集復(fù)合材料旋翼槳葉、復(fù)合材料槳轂的無軸承旋翼概念于一體的復(fù)合材料旋翼系統(tǒng)。同時(shí),美國貝爾直升機(jī)公司全復(fù)合材料機(jī)身的直升機(jī)D-292、美國西科斯基飛機(jī)公司全復(fù)合材料機(jī)身的直升機(jī)S-75、美國波音-360全復(fù)合材料機(jī)體及MBB公司的BK-117全復(fù)合材料機(jī)體試驗(yàn)研究直升機(jī)相繼試飛。
九十年代,隨著RAH-66的研制,復(fù)合材料在直升機(jī)上的應(yīng)用產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。RAH-66為直升機(jī)廣泛采用復(fù)合材料闖出了一條新路子。傳統(tǒng)的直升機(jī)均采用金屬材料為主,復(fù)合材料為輔的設(shè)計(jì)方案,而RAH-66上的復(fù)合材料則占總材料重量的51%。在機(jī)體中大量采用復(fù)合材料的零部件有:蒙皮、艙門、桁條、框架、艙壁、機(jī)內(nèi)中心處的盒形龍骨結(jié)構(gòu)、旋翼塔座整流罩、風(fēng)扇尾槳外殼、垂直塔座(外掛架)以及水平安定面;在旋翼中有柔性梁、槳葉、扭力臂、自動(dòng)傾斜器、撓性軸以及旋翼整流罩;在傳動(dòng)系統(tǒng)中有傳動(dòng)軸、主減速器外殼等。
在RAH-66上使用的主要復(fù)合材料包括新型韌化環(huán)氧樹脂,雙馬來酰亞胺樹脂,提高了剛度和強(qiáng)度的石墨纖維,以及玻璃纖維和芳綸纖維等。 RAH-66大量采用復(fù)合材料的效益是提高軍用要求的同時(shí)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)重量的損失。滿足了RAH-66航程、載荷及其它性能要求指標(biāo)。
今后,隨著復(fù)合材料技術(shù)的不斷提高,集復(fù)合材料槳葉、復(fù)合材料槳轂和無軸承旋翼概念于一體的復(fù)合材料旋翼系統(tǒng)將會(huì)投入使用。全復(fù)合材料的直升機(jī)不久將會(huì)出現(xiàn)。