zprávy

Již v 50. letech 20. stoletíkompozity vyztužené skleněnými vláknybyly použity v nenosných součástech draků vrtulníků, jako jsou kryty a inspekční poklopy, ačkoli jejich použití bylo poměrně omezené.

Průlomový pokrok v kompozitních materiálech pro vrtulníky nastal v 60. letech 20. století s úspěšným vývojem rotorových listů z kompozitu vyztuženého skelnými vlákny. To prokázalo vynikající výhody kompozitů – vynikající únavovou pevnost, vícecestný přenos zatížení, pomalé šíření trhlin a jednoduchost lisování – které se plně projevily v aplikacích rotorových listů. Inherentní slabiny vlákny vyztužených kompozitů – nízká mezivrstvá smyková pevnost a citlivost na faktory prostředí – neměly negativní vliv na konstrukci ani použití rotorových listů.

Zatímco kovové listy obvykle mají životnost nepřesahující 2000 hodin, kompozitní listy mohou dosáhnout životnosti přesahující 6000 hodin, potenciálně neomezeně dlouhou, a umožňují údržbu podle stavu. To nejen zvyšuje bezpečnost vrtulníků, ale také výrazně snižuje náklady na listy po celou dobu jejich životnosti, což přináší značné ekonomické výhody. Přímočarý a snadno ovladatelný proces lisování a vytvrzování kompozitů v kombinaci s možností přizpůsobit pevnost a tuhost (včetně tlumicích charakteristik) umožňuje efektivnější vylepšení aerodynamického profilu a optimalizaci konstrukce listů rotoru, stejně jako optimalizaci strukturální dynamiky rotoru. Od 70. let 20. století vedl výzkum nových profilů křídel k řadě vysoce výkonných profilů listů vrtulníků. Tyto nové profily křídel se vyznačují přechodem od symetrických k plně zakřiveným, asymetrickým konstrukcím, čímž dosahují výrazně vyšších maximálních součinitelů vztlaku a kritických Machových čísel, snížených součinitelů odporu a minimálních změn momentových součinitelů. Vylepšení tvarů špiček listů rotoru – od obdélníkových po šípovité, zužující se špičky; parabolické šípovité, dolů zakřivené špičky; až po pokročilé tenké šípy BERP – podstatně zlepšily rozložení aerodynamického zatížení, interferenci vírů, vibrace a hlukové charakteristiky, čímž zvýšily účinnost rotoru.

Konstruktéři navíc provedli multidisciplinární integrovanou optimalizaci aerodynamiky a strukturální dynamiky listů rotoru, kombinující optimalizaci kompozitních materiálů s optimalizací konstrukce rotoru, aby dosáhli lepšího výkonu listů a snížení vibrací/hluku. V důsledku toho do konce 70. let téměř všechny nově vyvinuté vrtulníky přijaly kompozitní listy, zatímco modernizace starších modelů s kovovými listy na kompozitní přinesla pozoruhodně efektivní výsledky.

Mezi hlavní faktory pro použití kompozitních materiálů v konstrukcích draků vrtulníků patří: složité zakřivené povrchy exteriérů vrtulníků spolu s relativně nízkým konstrukčním zatížením, díky čemuž jsou vhodné pro výrobu z kompozitních materiálů za účelem zvýšení tolerance vůči poškození konstrukce a zajištění bezpečného a spolehlivého provozu; poptávka po snižování hmotnosti draků vrtulníků jak u užitkových, tak u útočných vrtulníků; a požadavky na konstrukce absorbující nárazy a nenápadný design. Aby se tyto potřeby vyřešily, založil Výzkumný ústav aplikovaných technologií americké armády v roce 1979 program Advanced Composite Airframe Program (ACAP). Od 80. let 20. století, kdy zahájily zkušební lety vrtulníky jako Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 a evropský MBB BK-117 s celokompozitními draky, až po úspěšnou integraci kompozitních křídel a trupu V-280 společností Bell Helicopter v roce 2016, vývoj celokompozitních draků vrtulníků dosáhl významného pokroku. Ve srovnání s referenčními letadly z hliníkových slitin poskytují kompozitní draky letadel značné výhody v hmotnosti draku, výrobních nákladech, spolehlivosti a udržovatelnosti, čímž splňují cíle programu ACAP uvedené v tabulce 1-3. Odborníci proto tvrdí, že nahrazení hliníkových draků letadel kompozitními konstrukcemi má význam srovnatelný s přechodem od dřevěných draků letadel ke kovovým konstrukcím ve 40. letech 20. století.

Rozsah použití kompozitních materiálů v konstrukcích draků letadel je přirozeně úzce spjat s konstrukčními specifikacemi vrtulníků (výkonnostními metrikami). V současné době tvoří kompozitní materiály 30 % až 50 % hmotnosti konstrukce draku středních a těžkých útočných vrtulníků, zatímco vojenské/civilní transportní vrtulníky využívají vyšší procenta, dosahující 70 % až 80 %. Kompozitní materiály se používají především v trupových komponentech, jako jsou ocasní nosníky, vertikální stabilizátory a horizontální stabilizátory. To slouží dvěma účelům: snížení hmotnosti a snadnému vytváření složitých povrchů, jako jsou potrubní vertikální stabilizátory. Konstrukce absorbující nárazy také využívají kompozity k dosažení úspory hmotnosti. U lehkých a malých vrtulníků s jednoduššími konstrukcemi, nižším zatížením a tenkými stěnami však nemusí být použití kompozitů nutně nákladově efektivní.