復(fù)合材料質(zhì)量輕、具有較高的比強(qiáng)度、比模量以及較好的延展性、抗腐蝕、導(dǎo)熱、隔熱、隔音、減振、耐高（低）溫、耐燒蝕、透電磁波, 吸波隱蔽性、可設(shè)計性、制備靈活和易加工等特點，是制造飛機(jī)、火箭、航天飛行器等軍事武器的理想材料。先進(jìn)復(fù)合材料用于加工主承力結(jié)構(gòu)和次承力結(jié)構(gòu)、其剛度和強(qiáng)度性能相當(dāng)或超過鋁合金的復(fù)合材料。目前被大量地應(yīng)用在飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)制造上和小型無人機(jī)整體結(jié)構(gòu)制造上。

直升機(jī)的飛行特征不同于固定翼飛機(jī)，低空低速甚至是低空掠海飛行導(dǎo)致其服役環(huán)境及其惡劣。復(fù)合材料正成為直升機(jī)減輕結(jié)構(gòu)重量，滿足環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計以及顯著降低型號全壽命周期成本的最佳選材。

中國的直-20直升機(jī)（圖片來源：騰訊網(wǎng)）

  1）直升機(jī)起落架

滑橇式直升機(jī)起落架，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，性能可靠，不易損壞，主要依靠結(jié)構(gòu)的彈性變形來吸收著陸能量。目前較多采用金屬基復(fù)合材料。金屬基復(fù)合材料通過使用不同的纖維、基體和調(diào)整纖維容量來達(dá)到某一特性，或進(jìn)行特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計。

但金屬基復(fù)合材料的最大缺點是纖維韌性低、工藝生產(chǎn)成本高、工藝很不成熟，難以達(dá)到批量生產(chǎn)，并且價格昂貴。而且使用金屬基復(fù)合材料進(jìn)行設(shè)計，必須仔細(xì)考慮連接方式、載荷傳遞路徑和易損壞部位，從而估算節(jié)約重量的潛力，因此增加了設(shè)計的難度。

碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有綜合的優(yōu)良性能，更適合于用作直升機(jī)起落架材料。可以根據(jù)起落架的不同要求對碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進(jìn)行設(shè)計，可以根據(jù)受力情況合理選擇成型工藝、材料的牌號、布置增強(qiáng)材料，以達(dá)到節(jié)約成本、減輕質(zhì)量的目的。

圖1 中國進(jìn)口的K-28直升機(jī)（圖片來源：網(wǎng)易）

2）直升機(jī)槳葉

直升機(jī)技術(shù)，特別是旋翼技術(shù)的迅猛發(fā)展，很重要的一點是得益于復(fù)合材料的應(yīng)用。復(fù)合材料的優(yōu)點在旋翼槳葉上得到了充分的發(fā)揮，它為旋翼槳葉氣動外形的改進(jìn)和優(yōu)化、旋翼動力學(xué)特性的優(yōu)化提供了可能。更重要的是復(fù)合材料使在交變載荷作用下的旋翼壽命大幅度提高，并能做到“視情維護(hù)”。這不僅提高了直升機(jī)的安全性，而且使槳葉制造成本大大降低，由此帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 直升機(jī)旋翼刨面圖（圖片來源：微信公眾號“先進(jìn)材料產(chǎn)業(yè)博覽會”）

3）直升機(jī)槳轂

同槳葉相比，槳轂的復(fù)合材料化相對比較困難，但也已取得了突破性進(jìn)展。法國宇航公司于70年代后期研制成功的星形柔性槳轂就是復(fù)合材料在旋翼槳轂上應(yīng)用的首次突破，緊接著各國紛紛開始復(fù)合材料無軸承槳轂的研究和試驗，使旋翼結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料化成為可能。這是直升機(jī)技術(shù)發(fā)展的一次革命。

圖3 波音-360型直升機(jī)鉸接式復(fù)合材料粘彈性軸承槳轂（圖片來源：微信公眾號“先進(jìn)材料產(chǎn)業(yè)博覽會”）

4）直升機(jī)傳動系統(tǒng)

復(fù)合材料在傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用也已提上日程, 波音、麥道、卡曼直升機(jī)公司都已進(jìn)行了大量的研究工作，波音公司已在其360直升機(jī)上采用石墨纖維和玻璃纖維混合纏繞的旋翼軸、減速器殼體等獲得成功，其壽命是無限的，而重量減輕25%。

圖4 波音-360型直升機(jī)復(fù)合材料旋翼軸（圖片來源：微信公眾號“先進(jìn)材料產(chǎn)業(yè)博覽會”）

5）直升機(jī)機(jī)身

近年來復(fù)合材料在機(jī)身上的應(yīng)用也有很大進(jìn)展，第一架試飛的全復(fù)合材料機(jī)身是西科斯基公司的S275直升機(jī)，隨后試飛的有貝爾公司全復(fù)合材料機(jī)身的D2292直升機(jī)和波音直升機(jī)公司的波音-360直升機(jī)等。這些直升機(jī)與原準(zhǔn)機(jī)相比在機(jī)身重量、生產(chǎn)成本、可靠性和維護(hù)性方面均有可觀的得益。

圖5 國產(chǎn)直-9全復(fù)合材料涵道垂尾（圖片來源：微信公眾號“先進(jìn)材料產(chǎn)業(yè)博覽會”）

復(fù)合材料在直升機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用比例和重要性不斷提高，未來復(fù)合材料的發(fā)展方向主要為結(jié)構(gòu)功能一體化、高性能和高穩(wěn)定性、低成本以及智能化。

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