复合材料在直升机上的应用与发展

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1、十二.1合材料设计与应用1009复合材料在直升机上的应用与发展黄承恭吴建华(中国直升机设计研究所，景德镇,333001)摘要新材料、新工艺、新技术的发展促进和推动了直升机相关技术的发展和进步，给直升机的发展带来了新的生机先进复合材料的应用相当于一场技术革命，本文简要介绍复合材料在直升机上的应用和未来新的发展前景。兰盆词v合材料直升机发展前景1直升机是航空工业中的特种飞行器直升机是一种具有高度机动性的特种飞行器，它既可以在草平地垂直起降，也可以在冰雪地或在结实的屋顶上垂直起降。既可以贴地飞行，也可以在山沟或树林中穿梭飞行，还可以在空中旋停、侧飞

2、和后退，这都是一般固定翼飞行器无法做到的。因此，直升机一经问世后，便有强大的生命力，发展迅速，应用广泛，无论是民用还是军用都有很大的潜在市场。各国军方对直升机的发展都很重视，把它用于运输、战术支援、侦察以及救援等。后来又在直升机上装备火箭、导弹，对坦克群或地面军事设施进行有效的攻击。从第二次世界大战至今，已由直升机多次参加军事行动和局部战争，并经受了考验。而专用武装直升机更是身价倍增，已成为许多发达国家陆军航空兵作为对地攻击和空中格斗以及侦察的标准装备;海军作为部队补给、海上探测、扫雷、布雷、攻潜诸任务;空军作为短途运输、运送要员等。直升机已

3、成为各兵种现代战争中夺取局部战争胜利的重要装备。随着新材料的涌现和新技术的发展，在短短的几十年，战术运输直升机已发展到第四代，其代表作是NH-90;专用武装直升机已发展到第三代，其代表作是RAH-66和Ka-50。从结构设计先进性而言，这两种直升机均大面积采用复合材料，NH-90复合材料用量已占95%，制造技术采用模块化设计，使零件数量和重量各减少20%，成本未超出金属的20%o新材料、新工艺、新技术的发展，给直升机的发展锦上添花，再加上军民用途的广泛，使得直升机的发展更是生机盎然。2复合材料在直升机上的应用2.1先进复合材料成为直升机机体的

4、主要材料2.1.1应用简况直升机结构的发展和常规的定酬冀机结构相同，早期的直升机结构有侧娜0.8NH-90构架式、析梁式及有两者混合式的。织然而随着复合材料的广泛应用，直升联侧机结构大面积地采用复合材料，便出0.4蕊Ke-50奏现了纯复合材料层压板结构和夹层如A129鼠.2板结构及复合材料与金属混合式的圳AH-1GMN-24AH-64A0.1结构。9601970198019902000由于直升机飞行高度低、速度圈1几种直升机盆合材料占结构比，慢，不存在气动热问题，载荷相对小，复合材料—生命、环晚与高技米1010这给直升机结构采用复合材料设计

5、提供了得天独厚的条件。目前，多国相继出现了全复合材料,MD-900,D292,波音-360,PAH-2,RAH-66,V-22,NH-90和BK-117等直升机均属的机体，据报道S-75全复合材料机体其中，PAH-2武装直升机复合材料用量达80%:,NNHH_一如90}战N,术术运i云输输百直升汁T机ilv复公台F材ATI料rt用FF7I量ff;达x9596，仅动力舱平台、隔板仍采用金属件，其余部分全采用复合材料制造。另据1994年取得适航证的MD-90(〕直升机，主结构的重要部分全采用复合材料，这在美国民用直升机上是首次。国外主要几种直升机

6、采用复合材料所占的比重见图1所示。2.1.2机体结构上应用特点一、按结构使用要求选用材料当前几种直升机用的复合材料都有一个普遍规律，这一规律的依据是根据结构件的承载大小和使用环境。考虑到湿热环境的影响，高温固化完全受环境影响小，性能退化率低。即使当今已有性能很好的常温和中温N化树脂，但对于主承力件却不惜成本仍采用高温固化树脂。其用材特点归纳起来有以下几点。(1)主承力结构(如中央龙骨大梁、盒形件、主承力框等)由碳纤维(或石墨纤维)制成，并采用180℃高温固化，如RAH-66选用高温固化的IM7l85520(2)地板下部结构。考虑到直升机不测坠

7、地要吸收能量，为保护乘员安全，通常选用芳纶纤维(或与碳纤维混杂)和高韧性树脂体系制造。(3)平尾、垂尾面板主要选用芳纶或碳纤维材料，梁则选用碳纤维材料。(4)整流罩、舱门和次承力结构等，采用芳纶纤维和芳纶纸蜂窝的夹层结构，常用中温固化。如果重量允许，面板也可采用玻璃纤维制造。(5)动力舱平台和防火隔板，通常仍采用铁合金板制造，但随着耐高温阻燃复合材料的成熟，必将被取代。二、设计特点复合材料最早用在结构的非承力件上，在取得使用经验之后，逐步用在次承力件和主承力件上，如今全机结构都采用复合材料制造，呈现多种全复合材料结构。曾经相当长时间，复合材料

8、的应用仅限于将复合材料结构设计与金属结构“等代”设计，复合材料的可设计性得不到有效的发挥，这当然与制造技术水平密切相关。如今采用模块化设计，不必像金属结构那样多个零