莱昂纳多公司开发碳纤维增强塑料直升机轮毂

莱昂纳多公司开发碳纤维增强塑料直升机轮毂莱昂纳多（Leonardo）公司团队（由英国莱昂纳多公司、英国国家复合材料中心、英国创新机构InnovateUK 组成）于2021 年1 月1日牵头启动了NATEP 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增强塑料（CFRP）制成，制造过程采用了订制纤维铺放（TFP）、编织和高压灭菌等先进工艺，可确保材料的高可复用性和可扩展性。这种新型轮毂的密度只有金属轻合金材料（如常用的铝、镁金属材料）轮毂的一半，但机械性能更强，具有超轻、超坚固耐用等特性。

具体而言，CFRP 直升机轮毂的优势特点主要有以下几点：

1）减重与耐用：当前的金属轻合金材料直升机轮毂疲劳耐久度不强，相对恶劣的使用环境会加速轮毂的损耗。因此，在直升机使用寿命期间，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。与铝制材料相比，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，机上有效载荷数量可有效增加，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。

另外，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能够日益显现。而且，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。