復合材料在直升機中應用發展

　　在直升機結構設計中，復合材料的高比強度對于實現結構有效載荷大化至關重要。上世紀50年代，美國波音公司先將復合材料用于旋翼飛機整流罩，并在1970年代為CH-47直升機制造了批復合材料旋翼葉片。

　　經過60年發展，目前所有直升機都使用復合材料槳葉，因為它們具有優異的抗疲勞性能和多功能設計的潛力，尤其是碳纖維復合材料應用為廣泛。

　　纖維增強復合材料在直升機領域應用發展如下圖1所示，經過數十年發展，相比較于民用直升機中CFRP含量不足70%，目前CFRP在軍用直升機結構材料中用量已經超過80%。

　　

　　碳纖維復合材料在直升機中典型應用

　　轉子葉片和轉子葉片頭是復合材料在直升機結構系統中的典型應用實例，下圖2將傳統的旋翼槳片與高度優化的復合材料旋翼對比，零件的減少和系統的集成有效降低組裝和維護成本，并提高了可靠性。

　　

　　用于直升機機身的復合材料主要為碳纖維復合材料和玻璃纖維復合材料，主要應用結構部位如下圖3所示，包括如下：

　　

　　※ 葉片：采用碳纖維編織物預浸料加工；

　　※ 轉子輪轂：編織碳纖維/環氧樹脂預浸料；

　　※ 引擎/機身整流罩/檢修面板：玻璃纖維、碳纖維和芳綸編織物與環氧樹脂、BMI樹脂預浸料；

　　※ 機身：碳纖維和玻璃纖維編織預浸料，蜂窩狀；

　　※ 主門和貨艙門：編織碳纖維和玻璃纖維環氧樹脂預浸料；

　　※ 水平平衡器：編織玻璃纖維、碳纖維和芳綸/環氧樹脂預浸料；

　　※ 動臂和尾部：編織碳纖維環氧或碳纖維/玻纖混編預浸料；

　　※ 玻璃條：編織碳纖維環氧預浸料和玻纖預浸料。

　　碳纖維復材在歐美直升機中應用實例

　　歐洲直升機公司生產的Tiger虎式直升機中具有碳纖維/玻璃混合預浸料發動機整流罩，玻璃預浸料葉片，碳纖維復合材料機身、駕駛艙及尾梁等。歐洲直升機公司Eurocopter生產的EC135直升機中復合材料應用情況如圖4所示。

　　

　　在歐洲作戰和多用途直升機中，碳纖維復合材料除了在機身和動態結構中實現應用以外，在光學系統、傳感器等電子系統中也有一定的應用。

　　

　　除了歐洲直升機系統大量采用碳纖維復合材料以外，在美國陸軍的先進復合材料機身計劃（ACAP）和美國空軍資助的DMLCC-BW計劃（旋翼用低成本復合材料的設計和制造）支持下，美國V-22旋翼機研制技術方面取得了重大進展。

　　由于其重量敏感性，復合材料在V-22旋翼機的開發中輕量化起著至關重要的作用。V-22旋翼機中的機艙、機翼、機身蒙皮、尾翼、整流罩和門等大量采用了碳纖維/玻璃纖維復合材料，用量約為機身重量的50％，如圖5所示。

　　

　　在美國RAH-66科曼奇武裝直升機中，復合材料主要應用部位包括尾旋翼護罩、主旋翼和尾旋翼葉片、排氣門、下部尾錐、穹頂以及垂直和水平穩定器。