ziņas

Jau 20. gs. piecdesmitajos gadosstikla šķiedras pastiprināti kompozītmateriālitika izmantoti helikopteru korpusu nesošajās detaļās, piemēram, aptecējumos un pārbaudes lūkās, lai gan to pielietojums bija diezgan ierobežots.

Izrāviens helikopteru kompozītmateriālu izstrādē notika 20. gs. sešdesmitajos gados, kad tika veiksmīgi izstrādātas ar stikla šķiedru armētas kompozītmateriālu rotoru lāpstiņas. Tas parādīja kompozītmateriālu izcilās priekšrocības — izcilu noguruma izturību, slodzes pārnesi pa vairākiem ceļiem, lēnu plaisu izplatīšanās raksturlielumus un kompresijas formēšanas vienkāršību —, kas tika pilnībā realizētas rotoru lāpstiņu pielietojumos. Ar šķiedru armētiem kompozītmateriāliem raksturīgās vājās puses — zema starpslāņu bīdes izturība un jutība pret vides faktoriem — negatīvi neietekmēja rotoru lāpstiņu konstrukciju vai pielietojumu.

Lai gan metāla lāpstiņu kalpošanas laiks parasti nepārsniedz 2000 stundas, kompozītmateriālu lāpstiņu kalpošanas laiks var pārsniegt 6000 stundas, kas potenciāli var būt neierobežots, un nodrošina apkopi atkarībā no stāvokļa. Tas ne tikai uzlabo helikoptera drošību, bet arī ievērojami samazina lāpstiņu pilna kalpošanas laika izmaksas, sniedzot ievērojamu ekonomisko labumu. Vienkāršais, viegli lietojamais kompozītmateriālu kompresijas formēšanas un sacietēšanas process apvienojumā ar spēju pielāgot izturību, stingrību (tostarp slāpēšanas raksturlielumus) ļauj efektīvāk uzlabot aerodinamisko profilu un optimizēt rotora lāpstiņu konstrukciju, kā arī optimizēt rotora konstrukcijas dinamiku. Kopš 20. gs. septiņdesmitajiem gadiem jaunu aerodinamisko lāpstiņu pētījumi ir ļāvuši izstrādāt virkni augstas veiktspējas helikoptera lāpstiņu profilu. Šiem jaunajiem aerodinamiskajiem lāpstiņām ir raksturīga pāreja no simetriskas uz pilnībā izliektu, asimetrisku konstrukciju, panākot ievērojami palielinātus maksimālos celtspējas koeficientus un kritiskos Maha skaitļus, samazinātus pretestības koeficientus un minimālas momentu koeficientu izmaiņas. Uzlabojumi rotora lāpstiņu galu formās — no taisnstūrveida līdz slaucītiem, konusveida galiem; paraboliski slaucīti uz leju izliekti gali; līdz pat uzlabotiem, plāni slaucītiem BERP uzgaļiem — ir ievērojami uzlaboti aerodinamiskās slodzes sadalījumi, virpuļu interferences, vibrācijas un trokšņa raksturlielumi, tādējādi palielinot rotora efektivitāti.

Turklāt konstruktori ieviesa daudznozaru integrētu rotora lāpstiņu aerodinamikas un strukturālās dinamikas optimizāciju, apvienojot kompozītmateriālu optimizāciju ar rotora konstrukcijas optimizāciju, lai panāktu uzlabotu lāpstiņu veiktspēju un vibrācijas/trokšņa samazināšanu. Līdz ar to līdz 20. gs. septiņdesmito gadu beigām gandrīz visi jaunattīstītie helikopteri izmantoja kompozītmateriālu lāpstiņas, savukārt vecāku modeļu ar metāla lāpstiņām nomaiņa pret kompozītmateriāla lāpstiņām deva ievērojami efektīvus rezultātus.

Galvenie apsvērumi kompozītmateriālu izmantošanai helikopteru korpusu konstrukcijās ir šādi: helikopteru ārējo konstrukciju sarežģītās izliektās virsmas apvienojumā ar relatīvi zemo konstrukcijas slodzi, kas padara tās piemērotas kompozītmateriālu ražošanai, lai uzlabotu konstrukcijas bojājumu izturību un nodrošinātu drošu un uzticamu darbību; pieprasījums pēc korpusu konstrukciju svara samazināšanas gan komerciāliem, gan uzbrukuma helikopteriem; un prasības triecienus absorbējošām konstrukcijām un maskēšanās konstrukcijai. Lai risinātu šīs vajadzības, ASV Armijas Aviācijas lietišķo tehnoloģiju pētniecības institūts 1979. gadā izveidoja Uzlaboto kompozītmateriālu korpusu programmu (ACAP). Sākot ar 20. gadsimta 80. gadiem, kad tādi helikopteri kā Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 un Eiropas MBB BK-117 ar pilnībā kompozītmateriāla korpusiem sāka testa lidojumus, līdz Bell Helicopter veiksmīgajai V-280 kompozītmateriālu spārnu un fizelāžas integrācijai 2016. gadā, pilnībā kompozītmateriālu korpusu helikopteru izstrāde ir spērusi ievērojamus soļus. Salīdzinot ar alumīnija sakausējuma atsauces lidmašīnām, kompozītmateriālu korpusi sniedz ievērojamas priekšrocības korpusa svara, ražošanas izmaksu, uzticamības un apkopes ziņā, sasniedzot ACAP programmas mērķus, kas izklāstīti 1.-3. tabulā. Līdz ar to eksperti apgalvo, ka alumīnija korpusu aizstāšana ar kompozītmateriālu konstrukcijām ir tikpat nozīmīga kā 1940. gadu pāreja no koka auduma korpusiem uz metāla konstrukcijām.

Protams, kompozītmateriālu izmantošanas apjoms korpusa konstrukcijās ir cieši saistīts ar helikopteru konstrukcijas specifikācijām (veiktspējas rādītājiem). Pašlaik vidēja un smaga uzbrukuma helikopteros kompozītmateriāli veido 30–50 % no korpusa konstrukcijas svara, savukārt militārajos/civilajos transporta helikopteros to īpatsvars ir lielāks, sasniedzot 70–80 %. Kompozītmateriālus galvenokārt izmanto fizelāžas sastāvdaļās, piemēram, astes stienī, vertikālajā stabilizatorā un horizontālajā stabilizatorā. Tam ir divi mērķi: svara samazināšana un sarežģītu virsmu, piemēram, vertikālo stabilizatoru ar kanāliem, veidošanas atvieglošana. Arī triecienu absorbējošās konstrukcijās kompozītmateriālu izmantošana svara ietaupījuma sasniegšanai tiek izmantota. Tomēr vieglajiem un mazajiem helikopteriem ar vienkāršāku konstrukciju, mazāku slodzi un plānām sienām kompozītmateriālu izmantošana var nebūt rentabla.