复合材料螺旋桨叶主要有桨叶大梁、桨叶蒙皮、后缘条、桨叶内腔填充泡沫或蜂窝及前缘防腐蚀包片等组成。


直升机螺旋桨在60年代中期就已使用了具有比刚度的复合材料,原德国MBB研制了世界上第一批复合材料螺旋桨叶,在70年代利用先进的复合材料工艺,人们又研制出碳纤维复合材料螺旋桨。随着材料技术的发展,使得直升机螺旋桨叶的寿命从600小时提高到了6000小时,甚至可达到2万小时以上。


19世纪,结构工程师们发现,虽然复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳等优良的特性,但耐冲击性能差是工程师们一直研究攻克的方向之一,复合材料具有一定脆性,本身抗冲击性较差,CFRP碳纤维复合材料在遭受到冲击后,会产生微小的裂纹,裂纹的不断扩展会增加损伤程度从而产生了不同的破坏机制。



全复合材料叶片应用背景


Erickson与东丽先进复合材料TAC公司合作开发了一种经济高效的复合材料转子叶片,其维护成本和性能均低于传统叶片。在此之前,美国联邦航空局批准的用于叶片及其工艺的复合材料仍然成本高昂。


让我们来扒一扒直升机全复合材料叶片的“进化史”


TAC公司帮助Erickson确定并获得材料和工艺资格,以开发性能更高的转子叶片,显著降低制造和维护成本。


在一款名为S-64 Air Crane®的直升机中,Erickson Inc.使用TAC公司的先进材料,开发了一种更具弹性、更具成本效益的复合材料旋翼。


S-64是一架在20世纪60年代便已获得认证的六翼重型直升机,其现有的铝翼使用了昂贵、陈旧的二战挤压设备,在制造过程中需要耗费大量时间进行手工成型和扭曲。


让我们来扒一扒直升机全复合材料叶片的“进化史”


几年前,Erickson的旗舰产品 S-64 面临严峻形势:制造更多的主旋翼桨叶或最终让整个S-64机队停飞。叶片本身最初是由西科斯基在直升机开发的早期设计的。事实上,原始叶片使用 1920 年代和 30 年代开发的 NACA 对称翼型。


随着时间的推移,这些叶片由于对具有独特能力的重型起重 S-64 的飞行时间的高需求,这些叶片逐渐磨损,为了避免惨遭淘汰厄运,最终转向了全复合材料结构。


2


TAC公司材料与设计方案


TAC公司的BT250E-6树脂系统被确定为设计的理想选择。公司以碳纤维和玻璃纤维单向布和编织物增强树脂体系来提供复合材料,用于全面的NIAR测试和鉴定。


让我们来扒一扒直升机全复合材料叶片的“进化史”


上述工序获批的关键在于展示了高压釜(OOA)工艺以外的可加工性,从而大幅度降低了生产成本、缩短了模具和制造时间。所有材料均符合高压釜和OOA要求,可在126°C(260°F)固化。


在复合材料叶片的设计开发过程中,叶片设计有多层复合材料,每层都以特定的模式和方向应用,以最大限度地提高强度并匹配铝设计的机械性能,设计内容主要包括:


铝的质量和惯性特性


主荷载抗拉强度和刚度


屈曲和颤振的临界刚度


叶片根部的剪切强度和刚度


每个叶片均采用OOA固化,并在Erickson复合材料制造厂的烘箱中进行真空袋处理,专门用于维持对复合材料叶片生产的控制。


3


最终成品的优势分析


TAC公司的BT250E-6树脂系统是唯一经OOA FAA批准的转子叶片复合材料解决方案。Erickson的新型复合材料叶片优势体现在:


改进的生产周期


降低初始和生命周期运营成本


节省燃油和提高性能


将物体吊离水面时所需的发动机扭矩大幅降低


大幅降低振动,特别是在从前飞过渡到悬停期间,从而减少整个机身的磨损和疲劳


增加飞行舒适度,减少飞行员疲劳


文章来源: 碳纤维及其复合材料技术,义邦航空新材料

免责声明

我来说几句

不吐不快,我来说两句
最新评论

还没有人评论哦,抢沙发吧~