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全复合材料直升机轮毂项目启动,开发轻质、耐用碳纤维飞机轮毂

来源:航空工业信息网 发布时间:2021-03-01 470
化工塑料橡胶塑料加工设备模具及零件材料处理、计量与检测原料及混合物添加剂及母粒其他增强塑料
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莱昂纳多(Leonardo)公司团队于2021年1月1日牵头启动了NATEP(National Aerospace Technology Exploitation Programme)项目,项目周期18个月,预算经费25万英镑,旨在开发一种革命性的全复合材料直升机轮毂。

airframer网站2021128日刊文,莱昂纳多(Leonardo)公司团队(由英国莱昂纳多公司、英国国家复合材料中心NCC、英国创新机构Innovate UK组成)于202111日牵头启动了NATEPNational Aerospace Technology Exploitation Programme)项目,项目周期18个月,预算经费25万英镑,旨在开发一种革命性的全复合材料直升机轮毂。项目交付物包括12种通过全面测试的轮毂概念及相关设计/制造方法等。

 

这种直升机轮毂由碳纤维复合材料(CFRP)制成,过程采用定制纤维铺放(TFP)、编织和热压罐等先进工艺,可确保较高的一致性和可扩展性。这种新型轮毂的密度只有轻质金属材料(如常用的铝合金、镁合金)轮毂的一半,但机械性能更强,具有超轻、坚固耐用等特性。

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具体而言,CFRP直升机轮毂的优势主要有以下几点:

 

1)减重与耐用

当前的轻合金材料直升机轮毂疲劳耐久性不强,相对恶劣的使用环境会加速轮毂的损耗。因此,在直升机服役期间,轮毂部件需要定期维护、检修、更换。CFRP轮毂采用先进的纤维复合材料结构及稳定树脂材料,能够大大提升轮毂部件的抗疲劳寿命和耐腐蚀性能。与铝合金相比,CFRP轮毂重量减轻约30-40%(即5公斤合金轮毂采用CFRP材料后,可减重约1.5公斤),并显著增强NVH(噪声、振动和粗糙度)性能。

 

经初步统计,随着轮毂重量的减轻,直升机飞行效率、航程可显著提升,机上有效载荷增加,直升机动力系统选择性更广(如可采用电力等低功率密度推进系统等)。假设直升机通过应用CFRP轮毂减重6公斤后,在日常12000小时使用寿命期间,直升机可节省近1000加仑燃料,二氧化碳减排可达12吨左右。

 

2)经济性与通用性

先进复合材料制造工艺具有极高的可复用性,相关知识成果能够推广到诸多合作领域。

随着材料/工艺技术的成熟,树脂材料韧性提升,碳纤维价格下降,整体制造过程自动化程度大大提升,CFRP在航空航天领域的应用成效日益显现。

 

另外,复合材料轮毂在设计方面与原有轮毂保持高通用性,能够显著降低日常改装的时间/人力成本。

 

莱昂纳多公司团队表示,整个研究项目将包括直升机轮毂概念设计、开发、制造、验证、测试等全周期过程。项目的研究成果拟广泛推广应用到航空航天各个领域,前景十分广阔。


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