أخبار

منذ خمسينيات القرن العشرين،مركبات مقواة بالألياف الزجاجيةتم استخدامها في المكونات غير الحاملة للأحمال في هياكل طائرات الهليكوبتر، مثل الأغطية وفتحات الفحص، على الرغم من أن استخدامها كان محدودًا للغاية.

شهدت صناعة المواد المركبة للمروحيات طفرةً نوعيةً في ستينيات القرن الماضي مع النجاح الذي حققه تطوير شفرات الدوار المركبة المدعمة بالألياف الزجاجية. وقد أظهر هذا النجاح المزايا البارزة للمواد المركبة، كالمقاومة العالية للإجهاد، ونقل الأحمال عبر مسارات متعددة، وبطء انتشار الشقوق، وسهولة التشكيل بالضغط، وهي مزايا تجلّت بوضوح في تطبيقات شفرات الدوار. أما نقاط الضعف المتأصلة في المواد المركبة المدعمة بالألياف، كضعف مقاومة القص بين الطبقات وحساسيتها للعوامل البيئية، فلم تؤثر سلبًا على تصميم شفرات الدوار أو استخدامها.

بينما لا يتجاوز العمر الافتراضي للشفرات المعدنية عادةً 2000 ساعة، يمكن للشفرات المركبة أن تصل إلى عمر افتراضي يتجاوز 6000 ساعة، وربما إلى أجل غير مسمى، مما يتيح الصيانة القائمة على الحالة. وهذا لا يعزز سلامة المروحيات فحسب، بل يقلل أيضًا بشكل كبير من تكلفة دورة حياة الشفرات، مما يحقق فوائد اقتصادية كبيرة. إن عملية التشكيل بالضغط والمعالجة البسيطة والسهلة للمواد المركبة، بالإضافة إلى إمكانية تعديل القوة والصلابة (بما في ذلك خصائص التخميد)، تُمكّن من تحسينات أكثر فعالية في التصميم الديناميكي الهوائي لشفرات الدوار، فضلاً عن تحسين ديناميكيات هيكل الدوار. منذ سبعينيات القرن الماضي، أسفرت الأبحاث في مجال الأشكال الهوائية الجديدة عن سلسلة من أشكال شفرات المروحيات عالية الأداء. تتميز هذه الأشكال الجديدة بانتقال من التصميم المتناظر إلى التصميم المنحني بالكامل وغير المتناظر، مما يحقق زيادة كبيرة في معاملات الرفع القصوى وأرقام ماخ الحرجة، وانخفاض معاملات السحب، وتغييرات طفيفة في معاملات العزم. أدت التحسينات في أشكال أطراف شفرات الدوار - من المستطيلة إلى الأطراف المدببة المكنسة؛ والأطراف المنحنية للأسفل المكنسة المكافئة؛ إلى أطراف BERP الرقيقة المتقدمة المكنسة - إلى تحسين توزيع الحمل الديناميكي الهوائي بشكل كبير، وتداخل الدوامات، والاهتزاز، وخصائص الضوضاء، مما أدى إلى زيادة كفاءة الدوار.

علاوة على ذلك، طبّق المصممون تحسينًا متكاملًا متعدد التخصصات لديناميكيات الهواء وديناميكيات الهيكل لشفرات الدوار، جامعًا بين تحسين المواد المركبة وتحسين تصميم الدوار لتحقيق أداء مُحسّن للشفرات وتقليل الاهتزازات والضوضاء. ونتيجة لذلك، بحلول أواخر سبعينيات القرن الماضي، اعتمدت جميع المروحيات المطورة حديثًا تقريبًا شفرات مركبة، بينما حقق تحديث الطرازات القديمة ذات الشفرات المعدنية إلى شفرات مركبة نتائج فعالة بشكل ملحوظ.

تشمل الاعتبارات الرئيسية لاعتماد المواد المركبة في هياكل طائرات الهليكوبتر ما يلي: الأسطح المنحنية المعقدة للهياكل الخارجية لطائرات الهليكوبتر، إلى جانب الأحمال الهيكلية المنخفضة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة لتصنيع المواد المركبة لتعزيز تحمل الأضرار الهيكلية وضمان التشغيل الآمن والموثوق؛ والحاجة إلى تقليل وزن هياكل الطائرات لكل من طائرات الهليكوبتر متعددة الأغراض والهجومية؛ ومتطلبات الهياكل الممتصة للصدمات والتصميم الشبح. ولتلبية هذه الاحتياجات، أنشأ معهد أبحاث التكنولوجيا التطبيقية التابع لجيش الولايات المتحدة برنامج هياكل الطائرات المركبة المتقدمة (ACAP) في عام 1979. ومنذ ثمانينيات القرن الماضي، عندما بدأت طائرات هليكوبتر مثل سيكورسكي إس-75، وبيل دي 292، وبوينغ 360، وMBB BK-117 الأوروبية ذات الهياكل المركبة بالكامل رحلاتها التجريبية، وحتى نجاح شركة بيل هليكوبتر في دمج أجنحة وهيكل طائرة V-280 المركبة في عام 2016، حقق تطوير طائرات الهليكوبتر ذات الهياكل المركبة بالكامل خطوات كبيرة. بالمقارنة مع الطائرات المرجعية المصنوعة من سبائك الألومنيوم، توفر هياكل الطائرات المركبة مزايا كبيرة من حيث وزن الهيكل، وتكاليف الإنتاج، والموثوقية، وسهولة الصيانة، مما يحقق أهداف برنامج ACAP كما هو موضح في الجدول 1-3. ونتيجة لذلك، يؤكد الخبراء أن استبدال هياكل الطائرات المصنوعة من الألومنيوم بهياكل مركبة يحمل أهمية مماثلة لانتقال الطائرات من الهياكل الخشبية إلى الهياكل المعدنية في أربعينيات القرن الماضي.

بطبيعة الحال، يرتبط مدى استخدام المواد المركبة في هياكل الطائرات ارتباطًا وثيقًا بمواصفات تصميم المروحيات (معايير الأداء). حاليًا، تُشكّل المواد المركبة ما بين 30% و50% من وزن هيكل المروحيات الهجومية المتوسطة والثقيلة، بينما تستخدم مروحيات النقل العسكرية والمدنية نسبًا أعلى، تصل إلى 70% أو 80%. تُستخدم المواد المركبة بشكل أساسي في مكونات جسم الطائرة، مثل ذيل الطائرة، والمثبت الرأسي، والمثبت الأفقي. يخدم هذا غرضين: تقليل الوزن، وتسهيل تشكيل الأسطح المعقدة، مثل المثبتات الرأسية ذات القنوات. كما تستخدم الهياكل الممتصة للصدمات المواد المركبة لتحقيق وفورات في الوزن. مع ذلك، بالنسبة للمروحيات الخفيفة والصغيرة ذات الهياكل الأبسط والأحمال المنخفضة والجدران الرقيقة، قد لا يكون استخدام المواد المركبة مُجديًا اقتصاديًا بالضرورة.