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直升机复材螺旋桨叶提升抗冲击

来源:中国复合材料学会,航空新材料  撰稿人:  发布时间:2021年03月31日 浏览:
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原标题:【复材资讯】直升机复材螺旋桨叶提升抗冲击和耐疲劳性能解决方案

  复合材料螺旋桨叶主要有桨叶大梁、桨叶蒙皮、后缘条、桨叶内腔填充泡沫或蜂窝及前缘防腐蚀包片等组成。

VHA 206L耐腐蚀和抗损坏的碳纤维桨叶蒙

  直升机螺旋桨在60年代中期就已使用了具有比刚度的复合材料,原德国MBB研制了世界上第一批复合材料螺旋桨叶,在70年代利用先进的复合材料工艺,人们又研制出碳纤维复合材料螺旋桨。随着材料技术的发展,使得直升机螺旋桨叶的寿命从600小时提高到了6000小时,甚至可达到2万小时以上。

  19世纪,结构工程师们发现,虽然复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳等优良的特性,但耐冲击性能差是工程师们一直研究攻克的方向之一,复合材料具有一定脆性,本身抗冲击性较差,CFRP碳纤维复合材料在遭受到冲击后,会产生微小的裂纹,裂纹的不断扩展会增加损伤程度从而产生了不同的破坏机制。

  总结直升机桨叶主要故障有以下三大点

  1、旋翼桨叶大梁:

  其主要故障模式有疲劳断裂、裂纹、高能量外物冲击引起的分层或断裂、老化引起的强度、刚度下降等,其中断裂将引起机毁人亡事故:

  2、桨叶蒙皮:

  其故障模式有疲劳裂纹、开胶、分层以及外物引起的穿孔、表面破损、湿热老化引起的强度、刚度下降等,这些故障均不会引起机毁人亡事故,甚至引起直升机振动增大,但仍可安全降落:

  3、后缘条:

  其故障模式主要是后缘破损、开胶、疲劳裂纹等,同蒙皮一样,这些故障均不会引起机毁人亡事故;

  在直升机的旋转运动部件中,旋翼产生的交变载荷最大,是直升机主要振动源。旋翼承受高低周复合疲劳,部件易出现裂纹扩展,为此螺旋桨叶的设计既要考虑动力学设计,又要考虑桨叶的疲劳细节设计。桨叶通常选用纤维增强复合材料,它的选材包含两个方面,一是机体材料树脂的选择,二是增强纤维材料的选择。

  例如旋翼桨叶蒙皮所用913树脂具有很高的玻璃转化温度,温度可达约100°C左右,但缺点是韧性不足,这时候就需要提升树脂的韧性,选择较好的树脂韧性增强材料和韧性较好的单向纤维来弥补韧性不足,对于具有韧性的复合材料有多种选择,各个国家的工业水平不同这里不做讨论,但对于树脂增韧材料,目前国内外普遍选择不牺牲复合材料其他各项性能的材料。

  旋转桨叶是直升机动力机械的关键部件,其工作转速高,零件形状复杂,加工精度要求之高,工作环境恶劣。碳纤维复合材料因具有强度高、比重小、耐腐蚀等优点,在航空航天及民用市场具有广泛的应用前景。

责任编辑:单建庆
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