Airbus đã thay thế thành công khung vòng hợp kim nhôm ban đầu của máy bay trực thăng H135 bằng polymer gia cố sợi carbon (CFRP) làm nguyên liệu thô bằng cách sử dụng nhiều mảnh kết hợp preform và quá trình đổ một lần.
Là một dịch vụ y tế khẩn cấp / máy bay trực thăng cứu thương hàng không, máy bay trực thăng hai động cơ hạng nhẹ Airbus H135 đã trở thành máy bay trực thăng có chi phí vận hành và bảo trì thấp nhất trong số các sản phẩm tương tự của Airbus vì độ tin cậy cao, đa chức năng và lợi thế chi phí. Hiện tại, hơn 1350 H135 đang hoạt động tại hơn 60 quốc gia hoặc khu vực, cung cấp dịch vụ cho hơn 300 nhà khai thác. Tuy nhiên, với sự gia tăng thời gian bay của H135, dữ liệu vận hành và bảo trì thường xuyên có liên quan cho thấy khung hình khuyên hợp kim nhôm kết nối chùm đuôi CFRP và lá chắn cánh quạt đuôi CFRP dễ bị mệt mỏi và ăn mòn, điều này trực tiếp dẫn đến tăng chi phí phát hiện vận hành và bảo trì. Để giảm chi phí và đảm bảo an toàn cho thân máy bay, Airbus bắt đầu nghiên cứu một sơ đồ thiết kế quy trình mới cho khả năng chống ăn mòn và mệt mỏi của khung hình khuyên.
Airbus lần đầu tiên xem xét chương trình dựa trên hợp kim titan, nhưng quy trình gia công và nguyên liệu thô của sơ đồ hợp kim titan đắt hơn so với sơ đồ nhôm. Do đó, nhóm R & D đa ngành đã phát triển một sơ đồ thiết kế mới dựa trên CFRP bằng cách sử dụng các quy trình prepreg, tưới máu hỗ trợ chân không (VAP) và đúc nhựa (RTM). Sau khi tính toán, trọng lượng của sơ đồ mới giảm 25% so với sơ đồ nhôm và chi phí giảm 50% so với sơ đồ hợp kim titan, giúp giảm đáng kể chi phí phát hiện và bảo trì.
Các kỹ sư không thể thay đổi thiết kế hiện có của chùm đuôi và lá chắn rotor đuôi, và khung hình khuyên là cấu trúc chính kết nối chùm đuôi và lá chắn rotor đuôi. Do đó, khung hình khuyên CFRP phải có bề mặt kết nối và kích thước hình học giống như khung nhôm ban đầu, điều này hạn chế rất nhiều sự tự do của sơ đồ thiết kế. Thông qua truyền thông và đánh giá, đội ngũ kỹ thuật và các kỹ sư thiết kế, căng thẳng và sản xuất cuối cùng xác định sử dụng các vật liệu đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thực tế, để giảm thiểu chi phí R & D và chi phí sản xuất hàng loạt tiếp theo. Trong số đó, sợi carbon g0986 twill của công ty Hexcel Của Mỹ được sử dụng trong chương trình mới đã được sử dụng rộng rãi trong việc đúc đổ các dự án máy bay trực thăng khác của Airbus; Nhựa để đổ là một thành phần rtm6 nhựa epoxy của công ty hatch, đã vượt qua việc đổ nhựa và chứng nhận RTM của công ty trực thăng Airbus.
Do khả năng không triển khai cực kỳ của hình học khung vòng, các kỹ sư đã thiết kế thêm các vết cắt và rãnh ở dạng trước để tránh nếp nhăn trong quá trình đúc. Sau đó, các kỹ sư đã kiểm tra cường độ nén của mặt bích bên trong, xác minh khả năng triển khai của khung hình khuyên CFRP và giao diện giữa khung hình khuyên CFRP và tấm gusset polymer không ép thông qua các thử nghiệm kéo tĩnh và động. Kết quả thử nghiệm cho thấy thiết kế khung vòng CFRP mới rất mạnh mẽ và có thể xử lý tải trọng dự kiến một cách an toàn.
Đối với việc đổ nhựa, nhóm kỹ thuật đã phát triển bốn hình thức trước như được hiển thị trong hình dưới đây. Trong số đó, dạng trước số 3 bao gồm hai phần A và B; Preform số 4 là một tấm gusset polymer không gia cố để đảm bảo kết nối của khu vực t.
Đối với bốn hình thức trước, nhóm kỹ thuật đã phát triển công cụ đặc biệt tương ứng của họ, và sau đó lắp ráp tất cả các dạng trước và các tấm gusset hình khuyên lại với nhau thành công cụ bảo dưỡng cuối cùng. Các công cụ bảo dưỡng hoàn chỉnh cuối cùng được làm bằng hợp kim nhôm, bao gồm dụng cụ màu xanh cố định trên tấm cơ sở màu xám, dụng cụ vòng màu xanh lá cây được ghép bởi nhiều bộ phận và dụng cụ vòng trên cùng màu cam và vàng. Mục đích thiết kế của dụng cụ nối nhiều phần là để ngăn chặn lực co rút gây ra bởi làm mát dụng cụ trong quá trình bảo dưỡng và làm mát.
Sau khi hoàn thành việc lắp ráp laminates và dụng cụ, nhóm kỹ thuật sử dụng sơ đồ quy trình VAP điển hình và hiệu quả nhất về chi phí để đổ nhựa. Sau khi các bước bảo dưỡng, làm mát và hạ cấp, nhóm nghiên cứu thực hiện gia công hoàn thiện cho các cạnh của các bộ phận, và sau đó thực hiện khoan độ chính xác cao cho công việc hấp dẫn tiếp theo. Để đảm bảo độ chính xác kết nối giữa khung hình khuyên và chùm đuôi và lá chắn cánh quạt đuôi, dung sai thiết kế của kết nối sẽ được kiểm soát trong±0,4mm. Kết quả phân tích phần tử hữu hạn cho thấy kết quả thiết kế khuôn của sơ đồ mới là "thành công một lần" và có thể đáp ứng các yêu cầu về dung sai.
Thiết kế mới của Airbus cho khung vòng CFRP đã được hoàn thành khoảng một năm trước, nhưng phải mất một thời gian dài để thay đổi từ hợp kim nhôm sang vật liệu composite. Công ty phải xem xét nhiều vấn đề, chẳng hạn như tính hợp lý của thiết kế, xác minh và xác nhận các bước quy trình, sự ổn định của sản xuất hàng loạt, v.v. Ngoài ra, việc đào tạo nhân viên cho quy trình mới cũng rất quan trọng. Phải đảm bảo rằng nhân viên kỹ thuật trong mỗi liên kết đã sẵn sàng để thích ứng với sơ đồ thiết kế mới. Airbus tin rằng việc chuyển đổi sản xuất khung vòng từ quy trình hợp kim nhôm sang quy trình CFRP không chỉ là một sửa đổi đơn giản của các bộ phận hiện có, mà còn là một sự thay đổi công nghệ trong bộ phận trực thăng của Airbus; Trong số đó, công việc khó khăn nhất không phải là đáp ứng các yêu cầu về dung sai hình học, mà là sự phát triển thành công của các hình thức trước.
Hiện tại, tất cả các máy bay trực thăng H135 mới được sản xuất đều được trang bị khung vòng CFRP mới. Do khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và khả năng chống mệt mỏi của khung vòng CFRP mới, Airbus đã giảm trọng lượng sản phẩm khoảng 0,5kg, cải thiện đáng kể hiệu suất an toàn và giảm thời gian phát hiện và chi phí.
