Airbus, H135 helikopterinin orijinal alüminyum alaşımlı halka çerçevesini, çok parçalı birleştirilmiş preform ve bir-bir seferde dökme işlemi kullanarak hammadde olarak karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) ile başarıyla değiştirdi.
Acil sağlık hizmeti / hava ambulans helikopteri olan Airbus H135 hafif çift motorlu helikopter, yüksek güvenilirlik, çok-fonksiyon ve maliyet avantajları nedeniyle Airbus'ın benzer ürünleri arasında işletme ve bakım maliyeti en düşük olan helikopter olmuştur. Şu anda 1350'den fazla H135, 60'tan fazla ülke veya bölgede hizmet veriyor ve 300'den fazla operatöre hizmet veriyor. Bununla birlikte, H135'in uçuş süresinin artmasıyla, ilgili düzenli çalıştırma ve bakım verileri, CFRP kuyruk kirişini ve CFRP kuyruk rotor kalkanını bağlayan alüminyum alaşımlı dairesel çerçevenin, doğrudan işletme ve bakımın artmasına neden olan yorulma ve korozyona eğilimli olduğunu göstermektedir. tespit maliyeti. Maliyeti azaltmak ve gövdenin güvenliğini sağlamak için Airbus, dairesel çerçevenin korozyon ve yorulma direnci için yeni bir süreç tasarım şemasını incelemeye başladı.
Airbus ilk önce titanyum alaşımına dayalı şemayı düşündü, ancak titanyum alaşım şemasının işleme süreci ve hammaddeleri alüminyum şemadan daha pahalıdır. Bu nedenle multidisipliner Ar-Ge ekibi, prepreg, vakum destekli perfüzyon (VAP) ve reçine transfer kalıplama (RTM) işlemlerini kullanarak CFRP'ye dayalı yeni bir tasarım şeması geliştirdi. Hesaplamadan sonra, yeni şemanın ağırlığı, alüminyum şemaya kıyasla yüzde 25 oranında azaltılır ve maliyet, titanyum alaşım şemasına kıyasla yüzde 50 oranında azalır, bu da algılama ve bakım maliyetini önemli ölçüde azaltır.
Mühendisler, kuyruk kirişi ve kuyruk rotor kalkanının mevcut tasarımını değiştiremezler ve dairesel çerçeve, kuyruk kirişi ile kuyruk rotor kalkanını birbirine bağlayan ana yapıdır. Bu nedenle, CFRP dairesel çerçeve, tasarım şemasının özgürlüğünü büyük ölçüde sınırlayan orijinal alüminyum çerçeve ile aynı bağlantı yüzeyine ve geometrik boyutlara sahip olmalıdır. İletişim ve değerlendirme yoluyla, mühendislik ekibi ve tasarım, stres ve üretim mühendisleri, Ar-Ge maliyetini ve müteakip toplu üretim maliyetini en aza indirmek için gerçek üretimde yaygın olarak kullanılan standart spesifikasyonlu malzemeleri kullanmaya karar verirler. Bunların arasında, Amerikan Hexcel şirketinin yeni şemada kullandığı g0986 dimi karbon fiber, Airbus'ın diğer helikopter projelerinin döküm kalıplamasında yaygın olarak kullanılmıştır; Dökme reçinesi, Airbus helikopter şirketinin reçine dökme ve RTM sertifikasını geçmiş olan hatch şirketinin tek bileşenli rtm6 epoksi reçinesidir.
Halka çerçeve geometrisinin aşırı derecede açılmaması nedeniyle mühendisler, kalıplama sırasında kırışıklıkları önlemek için ön kalıpta ek kesikler ve çentikler tasarladılar. Daha sonra, mühendisler iç flanşın basınç dayanımını test ettiler, CFRP dairesel çerçevenin yerleştirme kapasitesini ve CFRP dairesel çerçeve ile güçlendirilmemiş polimer köşebent plakası arasındaki arayüzü statik ve dinamik çekme testleri yoluyla doğruladılar. Test sonuçları, yeni CFRP halka çerçeve tasarımının çok sağlam olduğunu ve beklenen yükü güvenle kaldırabileceğini gösteriyor.
Reçine dökme için, mühendislik ekibi aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi dört preform geliştirdi. Bunların arasında, No. 3 preform, A ve B olmak üzere iki kısım içerir; Preform No. 4, t-alanının bağlantısını sağlamak için takviye edilmemiş bir polimer köşebent levhadır.
Dört preform için, mühendislik ekibi ilgili özel takımlarını geliştirdi ve ardından tüm preformları ve dairesel köşebent plakalarını nihai kürleme aletinde bir araya getirdi. Son komple kürleme aletleri, gri taban plakasına sabitlenmiş mavi takımlar, birden fazla parça ile birleştirilen yeşil halka takımları ve turuncu ve sarı üst halka takımları dahil olmak üzere alüminyum alaşımdan yapılmıştır. Çok -parçalı ekleme takımının tasarım amacı, kürleme ve soğutma sırasında takımın soğumasının neden olduğu büzülme kuvvetini önlemektir.
Laminatların ve takımların montajını tamamladıktan sonra, mühendislik ekibi reçine dökme için en tipik ve en uygun maliyetli -VAP proses şemasını kullanır. Sertleştirme, soğutma ve kalıptan çıkarma adımlarından sonra ekip, parçaların kenarları için finiş işlemesi gerçekleştirir ve ardından sonraki perçinleme çalışmaları için yüksek-hassasiyette delme işlemi gerçekleştirir. Dairesel çerçeve ile kuyruk kirişi ve kuyruk rotor kalkanı arasındaki bağlantı doğruluğunu sağlamak için, bağlantının tasarım toleransı içinde kontrol edilecektir.± 0,4 mm. Sonlu eleman analizi sonuçları, yeni şemanın kalıp tasarım sonuçlarının "bir-bir seferlik başarı" olduğunu ve tolerans gereksinimlerini karşılayabildiğini göstermektedir.
Airbus'ın CFRP halka çerçeve için yeni tasarımı yaklaşık bir yıl önce tamamlandı, ancak alüminyum alaşımından kompozit malzemeye geçiş uzun zaman aldı. Şirket, tasarımın rasyonelliği, süreç adımlarının doğrulanması ve onaylanması, seri üretimin istikrarı vb. gibi birçok sorunu göz önünde bulundurmalıdır. Ayrıca yeni süreç için personel eğitimi de çok önemli. Her bağlantıdaki mühendislik personelinin yeni tasarım şemasına uyum sağlamaya hazır olması sağlanmalıdır. Airbus, alüminyum alaşım prosesinden CFRP prosesine ring çerçeve imalatının dönüştürülmesinin sadece mevcut parçaların basit bir modifikasyonu değil, Airbus helikopter departmanında teknolojik bir değişiklik olduğuna inanmaktadır; Bunlar arasında en zorlu iş, geometrik tolerans gereksinimlerini karşılamak değil, preformların başarılı bir şekilde geliştirilmesidir.
Şu anda, yeni üretilen tüm H135 helikopterleri, yeni CFRP halka çerçeveleri ile donatılmıştır. Yeni CFRP halka çerçevesinin mükemmel korozyon direnci ve yorulma direnci nedeniyle Airbus, ürün ağırlığını yaklaşık 0.5 kg azalttı, güvenlik performansını önemli ölçüde iyileştirdi ve algılama sürelerini ve maliyetini azalttı.
