복합 블레이드
현재 미군은 헬리콥터에 탄소 섬유 복합재 (탄소) 블레이드를 장착하는 일에 바쁘다.이 신소재는 수명이 길고 잘 견디고 부식에 문제가 없으며 높은 신뢰성을 지니고 있기 때문에 바쁘다.
복합 블레이드가 장착 된 극한의 군용 헬리콥터는 보잉 AH-64D Apache Block III입니다. 캘리포니아 주 포트 어빈 (Fort Irvine)에서 아파치 III는 초기 운영 테스트 및 평가를 거쳐 새로운 기술과 기능을 시연했습니다.
이 기능의 주요 측면 중 하나는 탄소 섬유 블레이드를 사용하여 주 로터의 비행 성능과 신뢰성을 높이는 것이지만, Apache Block III 프로그램 관리자 대니얼 베일리 대령에 따르면 이러한 재료의 사용은 블레이드에서만 중단 될 가능성이 거의 없습니다. "블레이드는 최초의 명백한 단계"라고 Defense Helicopter에게 말했다.
구조 요소
블레이드와 같은 중요한 비행 구성 요소가 신기술 도입을위한 이상한 출발점으로 보일 수도 있지만, 최근 몇 년 동안 미군은 복합 소재에 대한 기술을 연마 해 왔습니다. 베일리는이 물질들이 미국 군대의 "내일의 헬리콥터"에 널리 보급 될 것이라고 지적했다. "다음 단계는 동체의 복합체 일 것이고, 우리는 이미이 길을 따라 가고있다."
아파치는 내년에 새로운 테일 로터를 받게 될 것이다. Bailey는 Block III 프로세스와 관계없이 "우리의 복합 테일 로터 프로그램은 계속 진행되고 있으며 이것은 병렬 블록 III 프로그램입니다"라고 말하면서 "우리는 최종 자격 단계에 있지만 아직 많은 비행 테스트를해야합니다. 아마도 1 년 내에 Apache가 장착 될 것입니다 그러한 시스템. "
새로운 꼬리 날개는 블록 II의 업그레이드 된 모델에도 설치 될 것입니다. 전통적인 메인 및 테일 로터 블레이드 교체는 일부 기술의 진부화에 기인합니다. 1970-mi 년이 처음 사용 된이 블레이드는 더 이상 완전 금속이 아니 었습니다. 헬리콥터 AH-64A 및 D 블록 I 및 II는 메인 및 테일 로터 블레이드에 금속 및 유리 섬유 합성물을 사용합니다.
기계 공학에서는 복합 재료 또는 하나 이상의 요소로 구성된 구조로 간주됩니다. 아파치 블레이드는 AM 355 스테인리스 스틸 형태의 이국적인 합금으로 만들어졌습니다. 보잉의 엔지니어들은 균열 전파에 장애가되는 유리 섬유 튜브와 함께 라미네이트되고 묶인 다양한 다 관식 AM 355 구성을 사용하여 군사 생존 성 요구 사항을 충족 할 수있는 충분한 강도를 구조에 부여했습니다. 이 복잡한 구조는 또한 비싸다.
블록 III에 제시된 메인 및 테일 나사의 현재 복합 블레이드 및 그 병렬 프로그램은 복합 재료에 대해 말할 때 일반적으로 의미하는 폴리머 매트릭스의 탄소 섬유로 구성됩니다.
향상된 디자인
탄소 섬유는 제조 방법 및 기능에 개선점을 나타냅니다. "섬유의 방향과 층과 필러의 수를 변화시킴으로써 금속으로 도달 할 수없는 수준까지 복합 블레이드를 가져올 수 있습니다. 사실, 블레이드의 비틀기, 공기 역학적 프로파일 또는 코드 기능면에서 블레이드를 만들 수 있습니다. - Boeing John Schibler (John Schibler)의 헬리콥터 프로그램의 수석 엔지니어를 설명했습니다.
탄소 섬유의 복합 재료에서 섬유층은 종종 서로 교대로 직각으로 위치한다. 이들 층에서 섬유의 방향을 올바르게 선택함으로써 특정 방향 및 영역에서 필요한 특성을 얻을 수 있습니다.
"장점은 재료의 강도에 있으며, 동일한 강도로 30 %까지의 중량 손실을 제공 할 수 있다는 사실 (금속 복합 재료에 비해). 동일한 무게로 훨씬 높은 강성을 제공하지만, 일반적으로 우리는 체중 감량, Daniel Kagnatel (Daniele Cagnatel), 현대 복합 재료 부문 부사장 GKN Aerospace North America. 이 회사는 Black Hawk 헬리콥터의 메인 로터 블레이드 용 현대 탄소 섬유를 Sikorsky 사에 공급합니다.
강성과 강도를 향상시키는 것 외에도 Schibler는 경제적 이점을 지적합니다. "우리는 비교적 낮은 구매 가격으로 블레이드를 생산할 수있을뿐만 아니라 운영비가 적게 들고 수익성이 높습니다."
시코 르 스키 (Sikorsky)는 유리 섬유 또는 탄소 섬유로 꼰 흑연 수지 스파이를 사용하여 메인 및 테일 로터 용 블레이드를 제조합니다. Sikorsky 복합 블레이드의 CEO 인 Alan Walling은 "Sikorsky는 금속 블레이드를 생산하는 데 필요한 시간의 1/3 만에 완전 복합 회 전자 블레이드를 생산할 수 있습니다. 복합 블레이드 생산시 화학 폐기물이 훨씬 적습니다. 금속 블레이드는 장시간 동안 블레이드의 필요한 비행 성능을 보장하기 위해 산성 용액에서 에칭이 필요합니다. "
향상된 블레이드
Kagnatel에 따르면, "블레이드 용 탄소 섬유의 선택은 필수적이며, 블레이드의 기존 구조는 실제로 탄소 섬유가 금속에 비해 향상된 비행 성능을 보인 것으로 입증되었습니다."
Carbon Fiber Apache Unit III 로터 블레이드의 선택은 저렴한 Apache Rotor Program (AARP)으로 시작되었습니다. 2004에서 Boeing은 AARP 프로그램에서 블레이드의 테스트를 완료하여 새 블레이드의 가격이 저렴하고 견고하며 피로 수명면에서 기존 금속 블레이드의 수명의 두 배가 될 수 있음을 입증했습니다. Bailey는 2006에서 AARP 블레이드가 비행 성능 향상을 위해 15 센티미터로 확장되었으며 2008에서는 Apache에서 테스트되었으며 III 부에 대한 블레이드 자격은 2011에서 완료되었다고 설명했습니다. .
"Apache Block III 프로그램을위한 복합 로터 블레이드는 현재 생산 중이며, 20 블레이드를 한 달에 생산하고 조만간 40 및 60로 생산량을 늘릴 계획입니다."라고 Schibler는 말했습니다.
2013 년에 블록 III는 미군 제 1 차 정찰 대대 (1-1 ARB) 전투에 투입 될 예정입니다. 비행 여단, 캔자스 주 포트 라일리에있는 제 1 보병 사단. 1 월, XNUMX 명의 Apache Block III 헬리콥터가 XNUMX 차 파업 정찰 대대에 도착하여 조종사 및 유지 보수 서비스를 훈련했으며 앞으로 몇 달 안에 추가 헬리콥터가 도착할 것입니다.
영국 군대는 아파치 헬리콥터 모델 I에서 비행하지만 Block III 수준으로 업그레이드 할 수 있습니다. 이 결정은 12 월에 예상됩니다. 블록 III 레벨로 업그레이드하기로 결정한 경우, Apache UK는 로터 블레이드의 영국 실험 로터 프로그램 (영국 Experimental Rotor 프로그램 IV, BERPV IV)에서 로터 블레이드를받을 수 있습니다. BERP IV 프로그램은 2007 년에 완성되었으며 복합 블레이드는 왕립 공군 EH101 Merlin Mk 3를 통해 비행합니다.
테스트 및 테스트
그러나 이것은 탄소 블레이드를 사용한 최초의 군용 헬리콥터가 아닙니다. Eurocopter의 전신 인 Aérospatiale은 330 사의 SA 1970 Puma 헬리콥터에이 영광이 돌아 갔다고 주장합니다. 그 이후로이 유형은 프랑스 육군과 미 해군을 포함한 많은 군대에서 사용됩니다. 복합 꼬리 날개는 AS532 Cougar, AS565 Panther, NH90 및 Tiger 헬리콥터에도 사용됩니다.
Sikorsky UH-60M 블랙 호크는 2008의 탄소 복합 로터 블레이드를 사용합니다. Sikorsky 헬리콥터 중 MH-60R과 MH-60S Seahawk만이 금속 (티타늄) 스파에서 회 전자 날을 가지고 있습니다.
UH-60M 블랙 호크 개조 프로그램의 책임자 인 Billy Jackson 중령은 "우리는 384 군대에 UH-60M 헬리콥터를 배치했으며 Sikorsky는 400 주변에 UH-60M 헬리콥터를 배치했습니다 그들 중 일부는 이미 두 번째 아프가니스탄 배치에서 돌아왔다. "
군대는 향상된 무게 특성으로 인해 넓은 코드 블레이드라고도하는 더 광범위한 복합 로터 블레이드를 사용합니다. 체중 감량은 204 킬로그램이었다. "이것은 합성 블레이드를 만드는 주된 이유 였고 합성물이기 때문에 간단하게 생성하지 못했습니다. 주요한 것은 비행 성능입니다."라고 Jackson은 설명했습니다.
"얼마 동안 Sikorsky S-92에서 약간 다른 구성으로 작업을 해왔으므로 이미 많은 양의 데이터를 보유하고 있었으므로 완전히 통합 블레이드로 전환하는 데 많은 위험이 없었습니다." Sikorsky 회사는 92-s의 끝에 S-1990 헬리콥터에 주 로터 블레이드를 완전히 덧 복합 스파 스와 도금 처리했습니다.
UH-60M 헬리콥터의 비행 기술 특성은 아프가니스탄의 두 가지 배치에서 테스트되었으며 잭슨은 좋은 결과를 보여 주었다고 주장했다. "우리는 현재 블레이드의 신뢰성에 대한 데이터를 수집하는 중이다. 우리는 블레이드를 손상시키고 수리 및 수리 한 것 뿐이다. 우리가 블레이드에 균열을 발견했는지 아니면 새로운 복합 구조물로 인한 예기치 못한 고장인지에 대한 질문에 대해서는 답이 아니오입니다. " 현재의 성공을 바탕으로 다음 단계는 완전히 복합적인 전 회전식 안정 장치가 될 수 있습니다.
체중 감량 계획
잭슨은 블레이드가 첫 발걸음을 내딛었으며 복합 동체가 다음과 같다고 덧붙였다 : "우리는 복합 재료의 다른 용도를 찾고 있습니다. 현재 무게를 줄이기 위해 완전히 합성 된 풀 턴 스태빌라이저를 개발 중입니다."
군대는 무게를 줄이기 위해 블랙 호크 헬리콥터의 복합 테일 빔을 개발하기 시작했지만 현재는 내부 구성 요소를 포함하여 완전 복합 회전 안정기를 만드는 데 중점을두고 있습니다. "우리는 헬리콥터의 무게 중심에 주 효과가있는 헬리콥터 지역의 무게를 크게 줄이기 위해 완전히 합성 된 모든 회전 안정 장치를 만들 계획입니다."
Jackson은 Sikorsky 회사의 제안에서 이미 언급했듯이 완전 복합 올 라운드 스태빌라이저를 만드는 결정은 비행 성능을 향상시키고 자하는 것이 아니라 생산 비용을 줄이는 데 있다고 말했다.
"우리는 신제품이 기존 제품과 동등하거나 나아 졌는지 확인하기 위해 몇 가지 테스트, 탄도 테스트 및 기타 유형의 비행 테스트를 수행해야하며, 기존 플랫폼에 구현하려는 방법에 대한 재정적 인 결정을 내리고, 유망한 생산 방식으로 생산하거나 기존 예비 부품 목록을 보충하십시오. "
테일 로터 블레이드가 아닌 복합 테일 붐을 공급하는 회사는 워싱턴 주 출신의 BLR Aerospace입니다. 영업 및 마케팅 담당 부사장 Dave Marone (Dave Marone)은 국방부 헬리콥터 (Defense Helicopter)에 자신의 회사가 군사 고객 중 한 명을 위해 완전히 합성 된 꼬리 빔을 생산 중이지만 추가 정보를 제공하는 것에 동의하지 않았 음을 확인했습니다.
앞으로의 계획탄소 섬유 복합 날개를 얻기 위해 2016까지 기다려야하는 또 다른 헬리콥터는 미 육군 CH-47 Chinook입니다. "새로운 복합재 블레이드는 ACRB (Chinook Rotor Blade)라고 불리며 그 해의 1 월 2012에서 중요한 설계 검토 (CDR) 단계를 성공적으로 완료했습니다."CH-47 Chinook 개장 프로젝트 매니저 인 Joe Hoecherl ). 비행 및 탄도 테스트는 2011 해에 완료되었습니다.
ACRB 프로그램은 블레이드의 모양과 비행 성능에 영향을 미치지 않고 블레이드의 모양을 변경합니다. "이 블레이드는 모든 Chinook 헬리콥터에서 교체 가능합니다."라고 Hotserl이 말했습니다. 풍동에서의 대규모 시험이 완료되었으며, 이는 새로운 블레이드가 900 kg의 추가적인 수직 추력을 제공 할 수 있음을 보여 주었으며, 헬기가 1200 ° C의 고도에서 35 미터 고도에서 전 부하로 매달릴 수있게합니다.
바람 터널에서 ACRB 블레이드입니다.
블레이드의 사전 제작은 올해의 4 월 2014, 올해 2015의 3 분기 비행 테스트 및 2016의 대량 생산을 예정하고 있습니다. 올해 2 월에 Boeing은 향상된 수명의 복합 블레이드를 개발 중이며 동익 블레이드의 비 일관성을 제거하고 균형을 유지하는 데 필요한 시간을 현저하게 단축 할 수 있다고 발표했습니다. 이 블레이드는 헬리콥터 CH-47D 모델에도 장착 할 수 있지만이 헬리콥터는 2019 번째 해에 폐기 될 예정입니다.
지적 합성물
아마 2019 년까지 탄소 섬유 블레이드는 비행 성능을 더욱 향상시키기 위해보다 정교한 접근법을 필요로 할 것입니다. 업계는 블레이드가 탄소 섬유로만 구성되지는 않을 것이라고 동의합니다. Kagnatel은 블레이드의 상태를 모니터링하고 수명을보다 정확하게 예측할 수있는 센서가 내장 될 것이라고 믿습니다.
"트렌드는 임베디드 시스템, 블레이드의 앞 가장자리 가열을위한 요소, 블레이드의 전압 센서 및 변형을 가리키고 있습니다. 미래에는 이러한 센서가 외부 요소보다 블레이드의 필수적인 부분이 될 것입니다."
그러나 움직이는 부분도 블레이드에 장착 할 수 있습니다. 브리스톨 대학 (University of Bristol)의 연구 및 엔지니어링 책임자 인 폴 위버 (Paul Weaver)는 영국 정부를위한 프로젝트에 참여하고 있습니다. 이 프로젝트는 Intelligent Responsive Composite Structures (IRCS)라고합니다. "국가 혁신 기관은 2 년 전에 플랩의 형태를 변경함으로써 끝난이 프로젝트에 자금을 지원했다"고 그는 DH 출판물에 말했다.
국가 혁신기구는 영국 정부 소유로 연구, 개발 및 상업화 자금 조달에 종사합니다. IRCS 프로그램의 일환으로 블레이드 후행 모서리에있는 플랩 형 장치를 사용하여 매달 기에서 수평 비행으로 이동할 때의 비행 성능을 향상시킬 수 있음을 발견했습니다.
Sikorsky는 또한이 분야의 연구에 종사하고 있습니다. 미 국방부와 함께 능동 로터 블레이드 기술을 개발합니다. 현재까지는 기존 블레이드에 이러한 장치를 설치할 계획이 없습니다.
미군은 탄소 섬유 블레이드의 선구자가 아니지만, 헬기 선단에 새로운 블레이드를 장착한다는 사실은 새로운 복합 재료가 적극적으로 구현되고 있음을 확인시켜줍니다. 베일리에게 탄소 섬유의 중요성은 분명합니다. "이 기술은 새로운 아파치, 블랙 호크 또는 치누크이든, 미래의 육군 헬리콥터 개발을 촉진 할 것입니다."
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