Еще в 1950-х годах,композиты, армированные стекловолокномОни использовались в не несущих нагрузку компонентах планеров вертолетов, таких как обтекатели и смотровые люки, хотя их применение было довольно ограниченным.
Прорыв в области композитных материалов для вертолетов произошел в 1960-х годах с успешной разработкой лопастей несущего винта из композитного материала, армированного стекловолокном. Это продемонстрировало выдающиеся преимущества композитов — превосходную усталостную прочность, многопутевую передачу нагрузки, медленное распространение трещин и простоту компрессионного формования, — которые были в полной мере реализованы в лопастях несущего винта. Присущие композитам, армированным волокном, недостатки — низкая межслойная прочность на сдвиг и чувствительность к факторам окружающей среды — не оказали негативного влияния на конструкцию или применение лопастей несущего винта.
В то время как металлические лопасти обычно имеют срок службы не более 2000 часов, композитные лопасти могут достигать срока службы более 6000 часов, потенциально неограниченного, и позволяют проводить техническое обслуживание по состоянию. Это не только повышает безопасность вертолета, но и значительно снижает стоимость лопастей на протяжении всего жизненного цикла, обеспечивая существенные экономические выгоды. Простой и удобный процесс компрессионного формования и отверждения композитов в сочетании с возможностью регулирования прочности и жесткости (включая характеристики демпфирования) позволяет более эффективно улучшать аэродинамический профиль и оптимизировать конструкцию лопастей несущего винта, а также оптимизировать динамику конструкции несущего винта. С 1970-х годов исследования новых аэродинамических форм привели к созданию ряда высокоэффективных профилей лопастей вертолетов. Эти новые аэродинамические формы отличаются переходом от симметричных к полностью изогнутым, асимметричным конструкциям, что позволяет значительно увеличить максимальные коэффициенты подъемной силы и критические числа Маха, снизить коэффициенты сопротивления и минимизировать изменения коэффициентов момента. Улучшения в форме концов лопастей несущего винта — от прямоугольных до стреловидных, конических концов; Параболические стреловидные концы, изогнутые вниз, и усовершенствованные тонкие стреловидные концы BERP существенно улучшили распределение аэродинамической нагрузки, вихревое взаимодействие, вибрационные и шумовые характеристики, тем самым повысив эффективность ротора.
Кроме того, конструкторы внедрили междисциплинарную комплексную оптимизацию аэродинамики и структурной динамики лопастей несущего винта, сочетая оптимизацию композитных материалов с оптимизацией конструкции несущего винта для достижения улучшенных характеристик лопастей и снижения вибрации/шума. В результате к концу 1970-х годов почти все вновь разработанные вертолеты стали использовать композитные лопасти, а модернизация старых моделей с металлическими лопастями до композитных дала удивительно эффективные результаты.
Основные факторы, побудившие к использованию композитных материалов в конструкциях планеров вертолетов, включают: сложные изогнутые поверхности внешней обшивки вертолета в сочетании с относительно низкой структурной нагрузкой, что делает их подходящими для изготовления из композитных материалов с целью повышения устойчивости конструкции к повреждениям и обеспечения безопасной и надежной эксплуатации; потребность в снижении веса конструкций планеров как для многоцелевых, так и для ударных вертолетов; а также требования к конструкциям, поглощающим удары, и малозаметности. Для решения этих задач Институт прикладных технологий армейской авиации США в 1979 году учредил программу разработки передовых композитных планеров (ACAP). С 1980-х годов, когда начались испытательные полеты таких вертолетов, как Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 и европейского MBB BK-117 с цельнокомпозитными планерами, до успешной интеграции композитных крыльев и фюзеляжа V-280 компанией Bell Helicopter в 2016 году, разработка вертолетов с цельнокомпозитными планерами значительно продвинулась вперед. По сравнению с эталонными самолетами из алюминиевых сплавов, композитные планеры обеспечивают существенные преимущества в отношении веса планера, себестоимости производства, надежности и ремонтопригодности, что соответствует целям программы ACAP, изложенным в таблице 1-3. Следовательно, эксперты утверждают, что замена алюминиевых планеров на композитные конструкции имеет такое же значение, как и переход 1940-х годов от деревянных планеров к металлическим конструкциям.
Естественно, степень использования композитных материалов в конструкциях планеров тесно связана со спецификациями конструкции вертолета (показателями производительности). В настоящее время на композитные материалы приходится от 30% до 50% веса конструкции планера в средних и тяжелых ударных вертолетах, в то время как в военно-транспортных вертолетах этот процент выше и достигает 70–80%. Композитные материалы в основном используются в компонентах фюзеляжа, таких как хвостовая балка, вертикальный стабилизатор и горизонтальный стабилизатор. Это служит двум целям: снижению веса и упрощению формования сложных поверхностей, таких как вертикальные стабилизаторы в кожухах. Композиты также используются в конструкциях, поглощающих удары, для достижения экономии веса. Однако для легких и малых вертолетов с более простыми конструкциями, меньшими нагрузками и тонкими стенками использование композитов может быть не всегда экономически целесообразным.
Дата публикации: 13 февраля 2026 г.
