در اوایل دهه ۱۹۵۰،کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف شیشهدر اجزای غیر باربر بدنه بالگرد، مانند قاب بدنه و دریچههای بازرسی، استفاده میشدند، اگرچه کاربرد آنها کاملاً محدود بود.
پیشرفت چشمگیر در مواد کامپوزیتی برای هلیکوپترها در دهه 1960 با توسعه موفقیتآمیز پرههای روتور کامپوزیتی تقویتشده با الیاف شیشه رخ داد. این امر مزایای برجسته کامپوزیتها - مقاومت خستگی برتر، انتقال بار چند مسیری، ویژگیهای انتشار آهسته ترک و سادگی قالبگیری فشاری - را نشان داد که به طور کامل در کاربردهای پره روتور محقق شدند. نقاط ضعف ذاتی کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف - مقاومت برشی بین لایهای پایین و حساسیت به عوامل محیطی - تأثیر منفی بر طراحی یا کاربرد پره روتور نداشت.
در حالی که تیغههای فلزی معمولاً عمر مفیدشان از ۲۰۰۰ ساعت تجاوز نمیکند، تیغههای کامپوزیتی میتوانند به طول عمری بیش از ۶۰۰۰ ساعت، احتمالاً نامحدود، دست یابند و امکان نگهداری مبتنی بر شرایط را فراهم کنند. این امر نه تنها ایمنی هلیکوپتر را افزایش میدهد، بلکه هزینه کل چرخه عمر تیغهها را نیز به میزان قابل توجهی کاهش میدهد و مزایای اقتصادی قابل توجهی را به همراه دارد. فرآیند قالبگیری و پخت فشردهسازی ساده و آسان برای کامپوزیتها، همراه با توانایی تنظیم استحکام، سختی (از جمله ویژگیهای میرایی)، امکان بهبود و بهینهسازی پروفیل آیرودینامیکی مؤثرتر در طراحی تیغه روتور و همچنین بهینهسازی دینامیک ساختاری روتور را فراهم میکند. از دهه ۱۹۷۰، تحقیقات در مورد ایرفوئیدهای جدید منجر به مجموعهای از پروفیلهای تیغه هلیکوپتر با عملکرد بالا شده است. این ایرفوئیدهای جدید دارای گذار از طرحهای متقارن به طرحهای کاملاً منحنی و نامتقارن هستند که به طور قابل توجهی ضرایب بالابر حداکثر و اعداد ماخ بحرانی را افزایش میدهند، ضرایب درگ را کاهش میدهند و حداقل تغییرات را در ضرایب گشتاور ایجاد میکنند. بهبود در شکل نوک تیغه روتور - از نوکهای مستطیلی به نوکهای مخروطی و جاروب شده؛ نوکهای سهموی با انحنای رو به پایین؛ به نوکهای پیشرفته BERP با جاروب نازک - توزیع بار آیرودینامیکی، تداخل گردابه، ارتعاش و ویژگیهای نویز را به طور قابل توجهی بهبود بخشیدهاند و در نتیجه راندمان روتور را افزایش میدهند.
علاوه بر این، طراحان بهینهسازی یکپارچه چند رشتهای آیرودینامیک و دینامیک سازه پره روتور را اجرا کردند و بهینهسازی مواد کامپوزیتی را با بهینهسازی طراحی روتور ترکیب کردند تا به عملکرد بهبود یافته پره و کاهش ارتعاش/صدا دست یابند. در نتیجه، تا اواخر دهه 1970، تقریباً همه هلیکوپترهای تازه توسعه یافته از پرههای کامپوزیتی استفاده کردند، در حالی که مقاومسازی مدلهای قدیمیتر با پرههای فلزی به کامپوزیتی نتایج بسیار مؤثری به همراه داشت.
ملاحظات اصلی برای استفاده از مواد کامپوزیتی در ساختار بدنه بالگرد عبارتند از: سطوح منحنی پیچیده بدنه بالگرد، همراه با بارگذاری ساختاری نسبتاً کم، که آنها را برای ساخت کامپوزیت به منظور افزایش تحمل آسیب سازهای و تضمین عملکرد ایمن و قابل اعتماد مناسب میسازد؛ تقاضا برای کاهش وزن در ساختار بدنه برای بالگردهای کاربردی و تهاجمی؛ و الزامات مربوط به سازههای جاذب ضربه و طراحی پنهانکاری. برای رسیدگی به این نیازها، مؤسسه تحقیقات فناوری کاربردی هوانوردی ارتش ایالات متحده برنامه پیشرفته بدنه کامپوزیت (ACAP) را در سال ۱۹۷۹ تأسیس کرد. از دهه ۱۹۸۰، زمانی که بالگردهایی مانند Sikorsky S-75، Bell D292، Boeing 360 و MBB BK-117 اروپایی با بدنه تمام کامپوزیت پروازهای آزمایشی خود را آغاز کردند، تا ادغام موفقیتآمیز بالها و بدنه کامپوزیتی V-280 توسط Bell Helicopter در سال ۲۰۱۶، توسعه بالگردهای تمام کامپوزیت گامهای مهمی برداشته است. در مقایسه با هواپیماهای مرجع آلیاژ آلومینیوم، بدنههای کامپوزیتی مزایای قابل توجهی در وزن بدنه، هزینههای تولید، قابلیت اطمینان و قابلیت نگهداری ارائه میدهند و اهداف برنامه ACAP را همانطور که در جدول 1-3 ذکر شده است، برآورده میکنند. در نتیجه، کارشناسان ادعا میکنند که جایگزینی بدنههای آلومینیومی با سازههای کامپوزیتی، اهمیتی قابل مقایسه با گذار از بدنههای چوبی-پارچهای به سازههای فلزی در دهه 1940 دارد.
طبیعتاً، میزان استفاده از مواد کامپوزیت در سازههای بدنه هواپیما ارتباط نزدیکی با مشخصات طراحی هلیکوپتر (معیارهای عملکرد) دارد. در حال حاضر، مواد کامپوزیتی 30 تا 50 درصد از وزن سازه بدنه را در هلیکوپترهای تهاجمی متوسط و سنگین تشکیل میدهند، در حالی که هلیکوپترهای حمل و نقل نظامی/غیرنظامی از درصد بالاتری استفاده میکنند و به 70 تا 80 درصد میرسند. مواد کامپوزیتی عمدتاً در اجزای بدنه مانند دم، تثبیتکننده عمودی و تثبیتکننده افقی به کار میروند. این امر دو هدف را دنبال میکند: کاهش وزن و سهولت شکلدهی سطوح پیچیده مانند تثبیتکنندههای عمودی کانالدار. سازههای جاذب تصادف نیز از کامپوزیتها برای دستیابی به صرفهجویی در وزن استفاده میکنند. با این حال، برای هلیکوپترهای سبک و کوچک با سازههای سادهتر، بارهای کمتر و دیوارهای نازک، استفاده از کامپوزیتها ممکن است لزوماً مقرون به صرفه نباشد.
زمان ارسال: ۱۳ فوریه ۲۰۲۶
