图:CH—47D型是“支奴干”中型运输直升机较新的改型机,在战争中发挥了巨大作用。
这种直升机主要任务是输送人员、武器、弹药、设备及其他补给货物,对战斗部队进行保障。
VSC公司利用真空辅助树脂传递模塑(VARTM )工艺制造的前发动机吊架(forward pylon)结构,被波音综合防务系统公司(Boeing Integrated Defense Systems,密苏里州圣路易斯)用于其生产的CH – 47“支奴干”①(Chinook)运输直升机上。这款利用新工艺制备的吊架结构取代了以前完全依靠铆接装配的液压铝制结构,于2007年被美国陆军正式批准应用于其新“支奴干”运输直升机上,并于2008年完成制造,在2009年被正式采用。
该吊架结构的上甲板,和前后整流罩采用新的碳/环氧树脂材料制造而成,从而将前发动机吊架结构包含的总元件数量从277减少到72,同时,这些元件使用的紧固件数量也相应的从2,526减少到845。单上甲板的元件数量就从100下降到5。波音公司项目经理威尔•托洛塔解释到,这种“模块化”的新设计思路对于“低成本旋翼飞机二级结构(Affordable Rotorcraft Secondary Structures)” 方案的实施十分关键。他说:“为了达到我们的主要目标—降低成本,我们必须想尽设法减少装配件的数量。”
为了达到这一目标,VSC公司采用单一的真空辅助树脂渗透工艺,将每一个上甲板和整流罩的制备与其使用的紧固件和框架构件整合在一起,这种方法被该公司形象的描述为“低成本功能集成(Affordable Feature Integration -AFI)”方法。托洛塔同时指出,除了热压釜处理工艺可能还会涉及紧固件的二次粘合以外,真空辅助树脂传递模塑工艺制备的预成型件比热压釜制备的预浸料更易于成型复杂的形状。波音公司和VSC公司在模具设计和相关概念的开发上已经开展了大量紧密的配合工作,托洛塔评价说,这对于实现低成本模块化生产至关重要。 他说:“我们迫切需要一个复杂精密且成本低廉的工装组合,它既能施加一定的压力以起到压实材料的效果,帮助减少树脂的孔隙度,同时还能将存在故障的部件提取出来。”
VSC公司使用其专利程序—HyPerVARTM代替传统的树脂导流系统,因为新的程序不仅不再需要单独的渗透介质的辅助,还能起到有效控制模具表面树脂的作用。VSC生产方案和业务发展执行副总裁保罗•奥本海姆说,结果已经证明,尽管不同部件的纤维构成形式和几何形状各有不同,但是不论从部件的内外皮层还是到紧固件的质量都十分稳定。
托洛塔介绍说,该吊架的预成型件是采用RS – 11增粘钻石剖面线图案(diamond-hatch pattern)平纹碳纤维织布制造而成,其中所使用的碳纤维织物是由沃克西先进复合材料(YLA Advanced Composite Materials,加利福尼亚州贝尼西亚)提供,该产品不仅具有良好的悬垂性能(drapability),还能帮助保持堆积层的稳定。波音公司新吊架结构首席设计师保罗•谢尔尼斯基就曾与VSC公司一道致力于提高该部件的可生产性。例如,在确保设计不会受到削弱的同时,他会努力避免预成型件的内部开裂的问题,以使材料达到最佳的悬垂性和利用效率。
而预成型件在渗透过程中之所以采用Hexion特种化学品公司(Hexion Specialty Chemical,得克萨斯州休斯敦)提供的EPON862号环氧树脂和W固化剂(hardener),是因为它能帮助制品结构达到对耐受损的性能要求。要知道,这点是后续维修最需要关注的问题之一。
注解:①CH-47“支奴干”中型运输直升机,是美国波音直升机公司为美陆军研制的双旋翼纵列式中型运输直升机。该机的特点是能在恶劣的高温、高原气候条件下完成任务。该机型于1956年研制,并于1963年开始装备,是目前美军唯一的中型运输直升机。后续该机还发展了一些其他机型(包括B、C、D型),其中,C型和D型是装备最多的机型。目前,CH-47D型是美陆军空中运输直升机的主力。据悉,中国台湾也购买了数架CH-47D直升机用于装备航空和海军陆战作战部队。
本文英文原文见(复材世界), 复材在线编辑部编译,有删改。
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