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来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-04-19 12:33 标签： 直升飞机简笔画
直升机材料
直升机材料
December 20, 2017
减重是直升机选材的关键考虑因素。复合材料得到广泛使用，并在直升机总重量中占很高的百分比，尤其是在军用直升机中。但对于某些部位，金属材料仍然是工程师的首选；在成本和可靠性等关键问题上，金属占有绝对的优势。
直升机制造商早已认识到将复合材料应用到飞机重要部件上的好处。如今的军用旋翼机中，复合材料通常占机身重量的 50% 到 80%（甚至更高）。而为民用航空领域制造的直升机，在复合材料的应用上差异较大。一些制造商大力借鉴其在军用旋翼机上的经验，使用大量的复合材料。其他制造商则只将复合材料应用于专用或非结构部件，或者仅在金属的使用变得不可行或成本过高的情况下才使用复合材料。其中的差异可部分归因于经验和制造理念的不同。然而，某些制造商不愿意扩大复合材料在旋翼机上的应用，是因为美国联邦航空管理局 (Federal Aviation Administration, FAA) 最近重新修订了认证规则，其中对复合材料的要求越来越严格，导致成本上升，而商业应用的研发预算较为有限，从而造成过重的负担。
旋翼桨叶的历史
在早期的飞机制造中，机翼是由木材和织物构成的。在当时技术条件下，这些材料一直在航空业服务多年。当制造第一批直升机旋翼桨叶时，工程师们借鉴了飞机技术，因此第一批旋翼桨叶的构造与飞机机翼类似。
早期的旋翼桨叶具有一条主翼梁、多根翼肋，以及一块织物蒙皮。桨叶是对称的，因为这种形状可提供良好的升阻比和稳定的压力中心，而且易于制造。旋翼桨叶的这种设计和形状持续应用多年。早期桨叶混合使用了多种木材，每一种木材都有各自的特性。
木材是非常好的桨叶材料，因为它没有已知的疲劳寿命。第一批直升机旋翼桨叶的翼梁相当结实，使用的木材包括北美云杉，具有良好抗冲击性的桦木垂直层压板，以及可保持桨叶形状的尾部轻木。桨叶以玻璃纤维覆盖，并用飞机涂料密封，与飞机机翼差不多。由于玻璃纤维和木材的抗腐蚀性差，所以在桨叶上还附有金属制造的前缘抗磨包条。这种多材料的解决方案或“复合”结构的想法至今仍在沿用。
制造木质桨叶需要耐心和出色的木工技能。所有工序都是使用模板手工制作，并且一套相匹配的木材在进入制造过程之时起便注定要永远成双成对翱翔天际。第一批直升机的木制旋翼桨叶使用由粉末和糖浆混合、在室温下固化而成的防水间苯二酚木胶。
不锈钢机翼前缘抗磨包条需要热粘合，以达到最大的强度。但粘合的热量会损坏已完成的飞机后体，此问题通过被称为“复合”粘接的方法来解决。首先，将前缘抗磨包条制造成扁平的条状，并切割成长条。然后，在远超过桨叶所允许的高热和高压下，将一层红木薄板粘合在抗磨条的内部。最后，按照桨叶形状修整抗磨条，这样就可以在室温下使用防水间苯二酚木胶将木材与木材粘结起来。
木制桨叶在早期出现过一些问题。即使这些桨叶称为“无限寿命”的桨叶，它们也有可能会损坏至无法修复的程度。桨叶总是成对飞行，所以如果一片桨叶报废，则代表另一片也寿终正寢。由于木材易损坏和吸水的属性，所以人们开始使用金属制桨叶。这样一来用户可以只替换一片桨叶，而无需替换全套桨叶，然而金属桨叶却具有设计寿命，在一定的飞行小时数之后，必须强制更换。一旦金属桨叶的重要位置损坏或破裂，则可能出现重大问题：这可能会导致几乎毫无预警的灾难性故障。
蜂窝内部结构的引入使设计人员能够将更理想的形状结合到旋翼桨叶中，从而提高其性能。金属蒙皮与蜂窝结构的组合使横梁强度大增。金属桨叶是一个进步，但当时可用的工艺方法大大限制了设计的步伐。
当第一批玻璃纤维蒙皮和泡沫芯／Nomex 蜂窝芯非金属桨叶出现时，带来了前所未有的改变，即非灾难性的故障模式。这在单负载路径结构中非常理想。旧的金属桨叶会在缺口或损坏处开裂，且在某些情况下会突然发生故障，而新的桨叶在出现问题时会发出充分的警告。金属蒙皮有点像铝箔，容易撕裂。当出现一条裂缝而无法停止时，裂缝很快便会扩大，可能会导致桨叶故障。
如使用玻璃纤维蒙皮，每块交叉织物都会阻止裂缝的延伸，就像试图撕裂衬衫织物时受到的阻力那样。非灾难性的故障模式结果是发出损坏的明显指示，或者以逐渐进式垂直振动的方式向飞行员发出警告。
现在，桨叶可以制造成复杂的形状，在定制的模具中模制和固化。不对称的形状变得很普遍，而后掠桨尖有助于减少叶尖处的马赫数。
英国试验性旋翼机项目 (British Experimental Rotor Program, BERP) 引进了一种主旋翼桨叶，其前缘和后缘均掠延，这使得一架 Westland Lynx 直升机能够在 1986 年 8 月创造 249 英里／小时的直升机绝对速度记录。这种桨叶设计解决了前行桨叶尖的压缩性问题，同时减轻后行桨叶的失速。
后行桨叶失速一直是限制直升机最高速度的因素。随着直升机速度的提升，前行桨叶升力增加，后行桨叶升力减少。所有直升机在一定重量时都存在所能达到的速度上限，在前进飞行过程中，后行桨叶不能支撑桨盘的一侧，就会导致后行桨叶失速。除非采取纠正措施，否则直升机将朝向后行桨叶的方向翻滚，通常会发生剧烈上仰，这将大大提高飞行员的紧迫感，并强烈促使其减慢飞机的速度。如果发生这种情况，最好的纠正措施是通过放低总距操纵杆，减少桨叶角和功率，降低空速并最大限度增加旋翼转速。而前推驾驶杆或进行任何反扭矩输入都会加大纠正的难度。BERP 的桨叶形状在牺牲了一点重量的情况下，使性能大大提高。
掠延桨尖减少压缩性，并通过产生在高迎角时抑制失速的强大涡流作用，延迟后行桨叶失速的发生。
常见的飞机材料选择
飞机重量取决于材料的选择。飞机使用的材料类型主要有七种，分别如下：
铝合金（种类繁多 — 一般来说最便宜）
铝锂合金（类型较少 — 相对较贵）
不锈钢合金（发动机周围的热部件 — 相对便宜）
钛合金（发动机周围的热部件 — 价格中等但重量较轻）
复合材料，类型多样（如玻璃纤维、碳纤维和凯芙拉 (Kevlar)）；因此，弹性和密度差异较大（价格从相对便宜到昂贵）。
混合材料（金属和复合“三明治”
非常昂贵）
木 — 如今只用于自制飞机
来源：http://heli-air.net//material-selection/
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