berita

Seawal tahun 1950-an,komposit bertetulang gentian kacatelah digunakan dalam komponen bukan galas beban bagi kerangka pesawat helikopter, seperti fairing dan palka pemeriksaan, walaupun aplikasinya agak terhad.

Kemajuan terobosan dalam bahan komposit untuk helikopter berlaku pada tahun 1960-an dengan kejayaan pembangunan bilah rotor komposit bertetulang gentian kaca. Ini menunjukkan kelebihan komposit yang luar biasa—kekuatan lesu yang unggul, pemindahan beban berbilang laluan, ciri-ciri perambatan retak yang perlahan, dan kesederhanaan pengacuan mampatan—yang direalisasikan sepenuhnya dalam aplikasi bilah rotor. Kelemahan yang wujud dalam komposit bertetulang gentian—kekuatan ricih antara lamina yang rendah dan kepekaan terhadap faktor persekitaran—tidak menjejaskan reka bentuk atau aplikasi bilah rotor secara negatif.

Walaupun bilah logam biasanya mempunyai jangka hayat yang tidak melebihi 2000 jam, bilah komposit boleh mencapai jangka hayat melebihi 6000 jam, yang mungkin tidak terhad, dan membolehkan penyelenggaraan berasaskan keadaan. Ini bukan sahaja meningkatkan keselamatan helikopter tetapi juga mengurangkan kos kitaran hayat bilah dengan ketara, menghasilkan faedah ekonomi yang besar. Proses pengacuan dan pengawetan mampatan yang mudah dan mudah dikendalikan untuk komposit, digabungkan dengan keupayaan untuk menyesuaikan kekuatan, kekakuan (termasuk ciri redaman), membolehkan penambahbaikan profil aerodinamik yang lebih berkesan dan pengoptimuman dalam reka bentuk bilah rotor, serta pengoptimuman dinamik struktur rotor. Sejak tahun 1970-an, penyelidikan ke dalam airfoid baharu telah menghasilkan satu siri profil bilah helikopter berprestasi tinggi. Airfoid baharu ini menampilkan peralihan daripada reka bentuk simetri kepada melengkung sepenuhnya dan asimetri, mencapai peningkatan pekali angkat maksimum dan nombor Mach kritikal yang ketara, pekali seretan yang dikurangkan, dan perubahan minimum dalam pekali momen. Penambahbaikan dalam bentuk hujung bilah rotor—dari segi empat tepat kepada hujung tirus yang disapu; hujung melengkung ke bawah yang disapu parabola; kepada hujung BERP sapuan nipis termaju—telah meningkatkan ciri-ciri pengagihan beban aerodinamik, gangguan vorteks, getaran dan hingar dengan ketara, sekali gus meningkatkan kecekapan rotor.

Tambahan pula, pereka bentuk melaksanakan pengoptimuman bersepadu pelbagai disiplin bagi aerodinamik bilah rotor dan dinamik struktur, menggabungkan pengoptimuman bahan komposit dengan pengoptimuman reka bentuk rotor untuk mencapai prestasi bilah yang dipertingkatkan dan pengurangan getaran/bunyi. Akibatnya, menjelang akhir 1970-an, hampir semua helikopter yang baru dibangunkan menggunakan bilah komposit, manakala pengubahsuaian model lama dengan bilah logam kepada yang komposit menghasilkan hasil yang sangat berkesan.

Pertimbangan utama untuk menerima pakai bahan komposit dalam struktur kerangka pesawat helikopter termasuk: permukaan melengkung yang kompleks pada bahagian luar helikopter, digandingkan dengan beban struktur yang agak rendah, menjadikannya sesuai untuk fabrikasi komposit bagi meningkatkan toleransi kerosakan struktur dan memastikan operasi yang selamat dan andal; permintaan untuk pengurangan berat dalam struktur kerangka pesawat untuk helikopter utiliti dan serangan; dan keperluan untuk struktur penyerap hentaman dan reka bentuk halimunan. Bagi menangani keperluan ini, Institut Penyelidikan Teknologi Gunaan Penerbangan Tentera Darat AS telah menubuhkan Program Kerangka Pesawat Komposit Lanjutan (ACAP) pada tahun 1979. Dari tahun 1980-an, apabila helikopter seperti Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 dan MBB BK-117 Eropah dengan kerangka pesawat komposit semua memulakan penerbangan ujian, hingga kejayaan penyepaduan sayap komposit dan fiuslaj V-280 oleh Bell Helicopter pada tahun 2016, pembangunan helikopter kerangka pesawat komposit semua telah mencapai kemajuan yang ketara. Berbanding dengan pesawat rujukan aloi aluminium, kerangka pesawat komposit memberikan manfaat yang besar dari segi berat kerangka pesawat, kos pengeluaran, kebolehpercayaan dan kebolehjagaan, memenuhi objektif program ACAP seperti yang digariskan dalam Jadual 1-3. Oleh itu, pakar menegaskan bahawa penggantian kerangka pesawat aluminium dengan struktur komposit mempunyai kepentingan yang setanding dengan peralihan tahun 1940-an daripada kerangka pesawat fabrik kayu kepada struktur logam.

Sememangnya, tahap penggunaan bahan komposit dalam struktur kerangka pesawat berkait rapat dengan spesifikasi reka bentuk helikopter (metrik prestasi). Pada masa ini, bahan komposit menyumbang 30% hingga 50% daripada berat struktur kerangka pesawat dalam helikopter serangan sederhana dan berat, manakala helikopter pengangkutan tentera/awam menggunakan peratusan yang lebih tinggi, mencapai 70% hingga 80%. Bahan komposit terutamanya digunakan dalam komponen fiuslaj seperti boom ekor, penstabil menegak dan penstabil mendatar. Ini mempunyai dua tujuan: pengurangan berat dan kemudahan membentuk permukaan kompleks seperti penstabil menegak berduktus. Struktur penyerap hentakan juga menggunakan komposit untuk mencapai penjimatan berat. Walau bagaimanapun, untuk helikopter ringan dan kecil dengan struktur yang lebih ringkas, beban yang lebih rendah dan dinding yang nipis, penggunaan komposit mungkin tidak semestinya kos efektif.