Már az 1950-es évekbenüvegszállal erősített kompozitokhelikopterek repülőgép-sárkányainak nem teherhordó alkatrészeiben, például burkolatokban és ellenőrző nyílásokban használták, bár alkalmazásuk meglehetősen korlátozott volt.
A helikopterekhez használt kompozit anyagok terén az áttörést az 1960-as években jelentették az üvegszállal erősített kompozit rotorlapátok sikeres kifejlesztésével. Ez demonstrálta a kompozitok kiemelkedő előnyeit – a kiváló fáradási szilárdságot, a többpályás terhelésátadást, a lassú repedésterjedési jellemzőket és a présöntés egyszerűségét –, amelyeket a rotorlapát-alkalmazásokban teljes mértékben kihasználtak. A szálerősítésű kompozitok velejáró gyengeségei – az alacsony rétegek közötti nyírószilárdság és a környezeti tényezőkkel szembeni érzékenység – nem befolyásolták hátrányosan a rotorlapátok kialakítását vagy alkalmazását.
Míg a fémlapátok élettartama jellemzően nem haladja meg a 2000 órát, a kompozit lapátok akár 6000 órát is meghaladhatnak, ami potenciálisan határozatlan, és lehetővé teszi az állapotalapú karbantartást. Ez nemcsak a helikopterek biztonságát növeli, hanem jelentősen csökkenti a lapátok teljes életciklus-költségeit is, ami jelentős gazdasági előnyökkel jár. A kompozitok egyszerű, könnyen kezelhető kompressziós öntési és kikeményítési folyamata, a szilárdság és a merevség (beleértve a csillapítási jellemzőket is) testreszabásának lehetőségével kombinálva hatékonyabb aerodinamikai profiljavítást és optimalizálást tesz lehetővé a rotorlapátok kialakításában, valamint a rotor szerkezeti dinamikájának optimalizálását. Az 1970-es évek óta az új szárnyprofilokkal kapcsolatos kutatások számos nagy teljesítményű helikopterlapát-profilt eredményeztek. Ezek az új szárnyprofilok a szimmetrikus és a teljesen ívelt, aszimmetrikus kialakítás közötti átmenetet mutatják, jelentősen megnövelve a maximális felhajtóerő-együtthatókat és a kritikus Mach-számokat, csökkentve a légellenállási együtthatókat és minimális változásokat érve el a nyomatéki együtthatókban. Fejlesztések a rotorlapátok csúcsformáiban – a téglalap alakútól a nyilazított, kúpos csúcsokig; parabolikus, lefelé ívelt csúcsok; a fejlett, vékony nyilazású BERP-hegyekig – jelentősen javították az aerodinamikai terheléseloszlást, az örvényinterferenciát, a rezgési és zajjellemzőket, ezáltal növelve a rotor hatékonyságát.
Ezenkívül a tervezők multidiszciplináris integrált optimalizálást hajtottak végre a rotorlapátok aerodinamikáján és szerkezeti dinamikáján, kombinálva a kompozit anyagok optimalizálását a rotor kialakításának optimalizálásával a lapátteljesítmény javítása és a rezgés-/zajcsökkentés elérése érdekében. Ennek következtében az 1970-es évek végére szinte az összes újonnan kifejlesztett helikopter kompozit lapátokat alkalmazott, míg a régebbi, fémlapátokkal rendelkező modellek kompozit lapátokra való utólagos cseréje figyelemre méltóan hatékony eredményeket hozott.
A kompozit anyagok helikopter törzsszerkezetekben való alkalmazásának elsődleges szempontjai a következők: a helikopterek külső részének komplex ívelt felületei, viszonylag alacsony szerkezeti terheléssel párosulva, ami alkalmassá teszi őket kompozit gyártásra a szerkezeti sérüléstűrés növelése és a biztonságos, megbízható működés biztosítása érdekében; a törzsszerkezetek súlycsökkentésének igénye mind a haszongépjármű-, mind a támadó helikopterek esetében; valamint az ütközéscsillapító szerkezetekre és a lopakodó kialakításra vonatkozó követelmények. Ezen igények kielégítésére az Egyesült Államok Hadseregének Alkalmazott Technológiai Kutatóintézete 1979-ben létrehozta a Fejlett Kompozit Repülőgépszerkezet Programot (ACAP). Az 1980-as évektől, amikor a Sikorsky S-75, a Bell D292, a Boeing 360 és az európai MBB BK-117 teljesen kompozit törzsű helikopterek megkezdték a tesztrepüléseket, a Bell Helicopter 2016-os sikeres V-280-as kompozit szárnyainak és törzsének integrációjáig a teljesen kompozit repülőgépszerkezetű helikopterek fejlesztése jelentős előrelépéseket tett. Az alumíniumötvözetből készült referencia repülőgépekhez képest a kompozit repülőgéptörzsek jelentős előnyöket kínálnak a repülőgéptörzs súlya, gyártási költségei, megbízhatósága és karbantarthatósága tekintetében, teljesítve az ACAP program 1-3. táblázatban ismertetett célkitűzéseit. Következésképpen a szakértők azt állítják, hogy az alumínium repülőgéptörzsek kompozit szerkezetekkel való lecserélése hasonló jelentőséggel bír, mint az 1940-es években a fa-szövet repülőgéptörzsekről a fémszerkezetekre való áttérés.
Természetesen a kompozit anyagok repülőgép-szerkezetekben való felhasználásának mértéke szorosan összefügg a helikopter-tervezési specifikációkkal (teljesítménymutatókkal). Jelenleg a közepes és nehéz támadó helikopterek repülőgép-szerkezetének súlyának 30-50%-át teszik ki a kompozit anyagok, míg a katonai/polgári szállító helikopterek magasabb százalékot, 70-80%-ot használnak. A kompozit anyagokat elsősorban a törzsalkatrészekben, például a farokviharban, a függőleges vezérsíkon és a vízszintes vezérsíkon alkalmazzák. Ennek két célja van: a súlycsökkentés és az összetett felületek, például a csatornás függőleges vezérsíkok kialakításának megkönnyítése. Az ütközéscsillapító szerkezetek szintén kompozitokat használnak a súlymegtakarítás érdekében. Az egyszerűbb szerkezetű, kisebb terhelésű és vékony falú könnyű és kis helikopterek esetében azonban a kompozitok használata nem feltétlenül költséghatékony.
Közzététel ideje: 2026. február 13.
