uudised

Juba 1950. aastatelklaaskiuga tugevdatud komposiididkasutati helikopterite kere mittekandvates osades, näiteks voolundites ja kontrollluukides, kuigi nende rakendusala oli üsna piiratud.

Läbimurre helikopterite komposiitmaterjalide valdkonnas toimus 1960. aastatel klaaskiuga tugevdatud komposiitrootorilabade eduka väljatöötamisega. See demonstreeris komposiitide silmapaistvaid eeliseid – suurepärane väsimustugevus, koormuse ülekandumine mitmel marsruudil, aeglane pragude levik ja survevormimise lihtsus –, mis realiseerusid täielikult rootorilabade rakendustes. Kiudtugevdatud komposiitide loomupärased nõrkused – madal kihtidevaheline nihketugevus ja tundlikkus keskkonnategurite suhtes – ei mõjutanud negatiivselt rootorilabade konstruktsiooni ega rakendust.

Kuigi metalllabade kasutusiga ei ületa tavaliselt 2000 tundi, võib komposiitlabade eluiga ulatuda üle 6000 tunni, mis on potentsiaalselt määramata, ning võimaldab seisukorral põhinevat hooldust. See mitte ainult ei suurenda helikopteri ohutust, vaid vähendab oluliselt ka labade kogu elutsükli kulusid, andes märkimisväärset majanduslikku kasu. Komposiitide lihtne ja hõlpsasti kasutatav survevormimise ja kõvendamise protsess koos tugevuse ja jäikuse (sealhulgas summutusomaduste) kohandamise võimalusega võimaldab rootorilabade disaini tõhusamaid aerodünaamilisi täiustusi ja optimeerimist, samuti rootori konstruktsiooni dünaamikat. Alates 1970. aastatest on uute õhusõidukite uurimine andnud tulemuseks rea kõrgjõudlusega helikopteri labaprofiile. Need uued õhusõidukid ületavad sümmeetrilisi ja täielikult kumeraid asümmeetrilisi konstruktsioone, saavutades oluliselt suuremad maksimaalsed tõstejõutegurid ja kriitilised Machi arvud, väiksemad takistustegurid ja minimaalsed muutused momentitegurites. Rootorilabade otste kuju on täiustatud – ristkülikukujulistest kooniliste otsteni; paraboolselt allapoole kumerate otsadeni; kuni täiustatud õhukese berpööratud BERP-otsadeni – on oluliselt parandanud aerodünaamilist koormuse jaotust, keerise interferentsi, vibratsiooni ja müra omadusi, suurendades seeläbi rootori efektiivsust.

Lisaks rakendasid disainerid rootorilabade aerodünaamika ja konstruktsioonidünaamika multidistsiplinaarset integreeritud optimeerimist, kombineerides komposiitmaterjalide optimeerimist rootori konstruktsiooni optimeerimisega, et saavutada parem labade jõudlus ning vibratsiooni/müra vähendamine. Selle tulemusel võtsid 1970. aastate lõpuks peaaegu kõik äsja väljatöötatud helikopterid kasutusele komposiitlabad, samas kui vanemate mudelite metalllabadega mudelite moderniseerimine komposiitlabade vastu andis märkimisväärselt tõhusaid tulemusi.

Komposiitmaterjalide kasutamise peamised kaalutlused kopteri kerekonstruktsioonides on järgmised: kopterite välispinna keerulised kumerad pinnad koos suhteliselt väikese konstruktsioonikoormusega, mis muudab need sobivaks komposiitmaterjalide valmistamiseks, et parandada konstruktsiooni kahjustuste taluvust ja tagada ohutu ja usaldusväärne töö; nõudlus nii tarbe- kui ka ründekopterite kerekonstruktsioonide kaalu vähendamise järele; ning nõuded kokkupõrget neelavatele konstruktsioonidele ja varjamiskonstruktsioonile. Nende vajaduste rahuldamiseks asutas USA armee lennundusrakendusliku tehnoloogia uurimisinstituut 1979. aastal täiustatud komposiitkerega kopterite programmi (ACAP). Alates 1980. aastatest, kui sellised kopterid nagu Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 ja Euroopa MBB BK-117 täiskomposiitkerega alustasid katselende, kuni Bell Helicopteri eduka V-280 komposiittiibade ja -kere integreerimiseni 2016. aastal on täiskomposiitkerega kopterite väljatöötamisel tehtud märkimisväärseid edusamme. Võrreldes alumiiniumisulamist võrdluslennukitega pakuvad komposiitkered olulisi eeliseid kere kaalu, tootmiskulude, töökindluse ja hooldatavuse osas, täites ACAP programmi eesmärke, nagu on esitatud tabelis 1-3. Seetõttu väidavad eksperdid, et alumiiniumkerede asendamine komposiitkonstruktsioonidega on sama oluline kui 1940. aastate üleminek puitkangast keretelt metallkonstruktsioonidele.

Loomulikult on komposiitmaterjalide kasutamise ulatus lennukikere konstruktsioonides tihedalt seotud kopterite konstruktsioonispetsifikatsioonidega (jõudlusnäitajatega). Praegu moodustavad komposiitmaterjalid keskmise ja raske rünnakukopterite kere konstruktsiooni kaalust 30–50%, samas kui sõjaväe-/tsiviiltranspordikopterites on nende osakaal suurem, ulatudes 70–80%-ni. Komposiitmaterjale kasutatakse peamiselt kere komponentides, nagu sabapoomi, vertikaalse stabilisaatori ja horisontaalse stabilisaatori osad. Sellel on kaks eesmärki: kaalu vähendamine ja keerukate pindade, näiteks kanaliliste vertikaalsete stabilisaatorite moodustamise lihtsus. Kaalu kokkupõrke neelavates konstruktsioonides kasutatakse kaalu kokkuhoiu saavutamiseks komposiite. Kergete ja väikeste kopterite puhul, millel on lihtsam konstruktsioon, väiksem koormus ja õhukesed seinad, ei pruugi komposiitide kasutamine aga tingimata olla kulutõhus.