správy

Už v 50. rokoch 20. storočia,kompozity vystužené sklenenými vláknamisa používali v nenosných komponentoch drakov vrtuľníkov, ako sú kryty a inšpekčné poklopy, hoci ich použitie bolo dosť obmedzené.

Prelomový pokrok v kompozitných materiáloch pre vrtuľníky nastal v 60. rokoch 20. storočia s úspešným vývojom rotorových listov z kompozitu vystuženého sklenenými vláknami. To preukázalo vynikajúce výhody kompozitov – vynikajúcu únavovú pevnosť, viaccestný prenos zaťaženia, pomalé šírenie trhlín a jednoduchosť lisovania – ktoré sa plne prejavili v aplikáciách rotorových listov. Inherentné slabiny vláknami vystužených kompozitov – nízka medzivrstvová pevnosť v šmyku a citlivosť na faktory prostredia – nemali negatívny vplyv na konštrukciu ani použitie rotorových listov.

Zatiaľ čo kovové lopatky majú typickú životnosť nepresahujúcu 2 000 hodín, kompozitné lopatky môžu dosiahnuť životnosť presahujúcu 6 000 hodín, potenciálne neobmedzenú, a umožňujú údržbu podľa stavu. To nielen zvyšuje bezpečnosť vrtuľníkov, ale tiež výrazne znižuje náklady na lopatky počas celého životného cyklu, čo prináša značné ekonomické výhody. Jednoduchý a ľahko ovládateľný proces lisovania a vytvrdzovania kompozitov v kombinácii so schopnosťou prispôsobiť pevnosť, tuhosť (vrátane tlmiacich charakteristík) umožňuje efektívnejšie vylepšenia aerodynamického profilu a optimalizácie v konštrukcii listov rotora, ako aj optimalizáciu štrukturálnej dynamiky rotora. Od 70. rokov 20. storočia výskum nových profilov krídel priniesol sériu vysokovýkonných profilov lopatiek vrtuľníkov. Tieto nové profily krídel sa vyznačujú prechodom od symetrických k plne zakriveným, asymetrickým konštrukciám, pričom dosahujú výrazne zvýšené maximálne koeficienty vztlaku a kritické Machove čísla, znížené koeficienty odporu a minimálne zmeny momentových koeficientov. Zlepšenia tvarov hrotov listov rotora – od obdĺžnikových po šípovité, zužujúce sa hroty; parabolické šípovité, smerom nadol zakrivené hroty; až po pokročilé tenké šípové hroty BERP – podstatne zlepšili aerodynamické rozloženie zaťaženia, interferenciu vírov, vibrácie a hlukové charakteristiky, čím zvýšili účinnosť rotora.

Konštruktéri navyše implementovali multidisciplinárnu integrovanú optimalizáciu aerodynamiky a štrukturálnej dynamiky listov rotora, pričom kombinovali optimalizáciu kompozitných materiálov s optimalizáciou konštrukcie rotora, aby dosiahli lepší výkon listov a zníženie vibrácií/hluku. V dôsledku toho koncom 70. rokov takmer všetky novovyvinuté vrtuľníky prijali kompozitné listy, zatiaľ čo dodatočná montáž starších modelov s kovovými listami na kompozitné priniesla pozoruhodne efektívne výsledky.

Medzi hlavné dôvody pre použitie kompozitných materiálov v konštrukciách drakov vrtuľníkov patria: zložité zakrivené povrchy exteriérov vrtuľníkov v spojení s relatívne nízkym štrukturálnym zaťažením, vďaka čomu sú vhodné na výrobu z kompozitných materiálov s cieľom zvýšiť odolnosť voči poškodeniu konštrukcie a zabezpečiť bezpečnú a spoľahlivú prevádzku; dopyt po znížení hmotnosti drakov vrtuľníkov pre úžitkové aj útočné vrtuľníky; a požiadavky na konštrukcie absorbujúce nárazy a stealth dizajn. Na riešenie týchto potrieb založil Výskumný inštitút aplikovaných technológií americkej armády v roku 1979 program Advanced Composite Airframe Program (ACAP). Od 80. rokov 20. storočia, keď sa začali testovacie lety vrtuľníkov ako Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 a európsky MBB BK-117 s celokompozitnými drakami vrtuľníkov, až po úspešnú integráciu kompozitných krídel a trupu V-280 spoločnosťou Bell Helicopter v roku 2016, vývoj celokompozitných drakov vrtuľníkov dosiahol významný pokrok. V porovnaní s referenčnými lietadlami z hliníkových zliatin prinášajú kompozitné draky lietadiel značné výhody v hmotnosti draku, výrobných nákladoch, spoľahlivosti a udržiavateľnosti, čím spĺňajú ciele programu ACAP uvedené v tabuľke 1-3. Odborníci preto tvrdia, že nahradenie hliníkových drakov lietadiel kompozitnými konštrukciami má význam porovnateľný s prechodom z dreveno-tkaninových drakov lietadiel na kovové konštrukcie v 40. rokoch 20. storočia.

Rozsah použitia kompozitných materiálov v konštrukciách draku lietadla je prirodzene úzko spätý s konštrukčnými špecifikáciami vrtuľníkov (výkonnostnými metrikami). V súčasnosti kompozitné materiály tvoria 30 % až 50 % hmotnosti konštrukcie draku stredných a ťažkých útočných vrtuľníkov, zatiaľ čo vojenské/civilné dopravné vrtuľníky využívajú vyššie percento, dosahujúce 70 % až 80 %. Kompozitné materiály sa používajú predovšetkým v komponentoch trupu, ako sú chvostové ramená, vertikálny stabilizátor a horizontálny stabilizátor. To slúži dvom účelom: zníženiu hmotnosti a jednoduchému vytváraniu zložitých povrchov, ako sú napríklad potrubné vertikálne stabilizátory. Konštrukcie absorbujúce nárazy tiež využívajú kompozity na dosiahnutie úspory hmotnosti. Avšak pre ľahké a malé vrtuľníky s jednoduchšími konštrukciami, nižším zaťažením a tenkými stenami nemusí byť použitie kompozitov nevyhnutne nákladovo efektívne.