Airbus reemplazó con éxito el armazón de anillo de aleación de aluminio original del helicóptero H135 con polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) como materia prima mediante el uso de preformas combinadas de varias piezas y un proceso de vertido único-.
Como helicóptero de servicio médico de emergencia / ambulancia aérea, el helicóptero bimotor ligero Airbus H135 se ha convertido en el helicóptero con el costo de operación y mantenimiento más bajo entre los productos similares de Airbus debido a su alta confiabilidad, multifunción-y ventajas de costo. En la actualidad, más de 1350 H135 están en servicio en más de 60 países o regiones, brindando servicios a más de 300 operadores. Sin embargo, con el aumento del tiempo de vuelo del H135, los datos de operación y mantenimiento regulares relevantes muestran que el marco anular de aleación de aluminio que conecta la viga trasera de CFRP y el escudo del rotor de cola de CFRP es propenso a la fatiga y la corrosión, lo que conduce directamente al aumento de la operación y el mantenimiento. costo de detección. Con el fin de reducir el costo y garantizar la seguridad del cuerpo, Airbus comenzó a estudiar un nuevo esquema de diseño de procesos para la resistencia a la corrosión y fatiga del marco anular.
Airbus consideró primero el esquema basado en aleación de titanio, pero el proceso de mecanizado y las materias primas del esquema de aleación de titanio son más caros que el esquema de aluminio. Por lo tanto, el equipo multidisciplinario de I + D desarrolló un nuevo esquema de diseño basado en CFRP mediante el uso de procesos de preimpregnado, perfusión asistida por vacío (VAP) y moldeo por transferencia de resina (RTM). Después del cálculo, el peso del nuevo esquema se reduce en un 25 por ciento en comparación con el esquema de aluminio y el costo se reduce en un 50 por ciento en comparación con el esquema de aleación de titanio, lo que reduce significativamente el costo de detección y mantenimiento.
Los ingenieros no pueden cambiar el diseño existente de la viga de cola y el escudo del rotor de cola, y el marco anular es la estructura principal que conecta la viga de cola y el escudo del rotor de cola. Por lo tanto, el marco anular de CFRP debe tener la misma superficie de conexión y dimensiones geométricas que el marco de aluminio original, lo que limita en gran medida la libertad del esquema de diseño. A través de la comunicación y la evaluación, el equipo de ingeniería y los ingenieros de diseño, estrés y producción finalmente deciden utilizar los materiales de especificación estándar que se han utilizado ampliamente en la producción real, a fin de minimizar el costo de I + D y el costo de fabricación por lotes posterior. Entre ellos, la fibra de carbono de sarga g0986 de la compañía estadounidense Hexcel utilizada en el nuevo esquema ha sido ampliamente utilizada en el moldeo por vertido de otros proyectos de helicópteros de Airbus; La resina para el vertido es una resina epoxi rtm6 de un componente de la empresa hatch, que ya ha superado la certificación de vertido de resina y RTM de la empresa de helicópteros Airbus.
Debido a la extrema imposibilidad de despliegue de la geometría del marco del anillo, los ingenieros diseñaron cortes y muescas adicionales en la preforma para evitar arrugas durante el moldeado. Posteriormente, los ingenieros probaron la resistencia a la compresión de la brida interior, verificaron la capacidad de despliegue del marco anular de CFRP y la interfaz entre el marco anular de CFRP y la placa de refuerzo de polímero no reforzado a través de pruebas de tracción estáticas y dinámicas. Los resultados de las pruebas muestran que el nuevo diseño del marco anular de CFRP es muy robusto y puede manejar con seguridad la carga esperada.
Para el vertido de resina, el equipo de ingeniería desarrolló cuatro preformas como se muestra en la siguiente figura. Entre ellos, la preforma No. 3 incluye dos partes A y B; La preforma n.º 4 es una placa de refuerzo de polímero no reforzado para garantizar la conexión de la zona t-.
Para las cuatro preformas, el equipo de ingeniería desarrolló sus herramientas especiales correspondientes y luego ensambló todas las preformas y placas anulares de refuerzo en la herramienta de curado final. Las herramientas de curado completas finales están hechas de aleación de aluminio, incluidas las herramientas azules fijadas en la placa base gris, las herramientas de anillo verde empalmadas por múltiples partes y las herramientas de anillo superior naranja y amarillo. El propósito del diseño de las herramientas de empalme de -partes múltiples es evitar la fuerza de contracción causada por el enfriamiento de las herramientas durante el curado y el enfriamiento.
Después de completar el ensamblaje de los laminados y las herramientas, el equipo de ingeniería utiliza el esquema de proceso VAP más típico y rentable-para el vertido de resina. Después de los pasos de curado, enfriamiento y desmoldeo, el equipo lleva a cabo el mecanizado de acabado de los bordes de las piezas y luego realiza perforaciones de alta-precisión para el posterior trabajo de remachado. Para garantizar la precisión de la conexión entre el marco anular y la viga de cola y el escudo del rotor de cola, la tolerancia de diseño de la conexión debe controlarse dentro de± 0.4mm. Los resultados del análisis de elementos finitos muestran que los resultados del diseño del troquel del nuevo esquema son "único-éxito" y pueden cumplir con los requisitos de tolerancia.
El nuevo diseño de estructura anular de CFRP de Airbus se completó hace aproximadamente un año, pero llevó mucho tiempo cambiar de aleación de aluminio a material compuesto. La empresa debe considerar muchos problemas, como la racionalidad del diseño, la verificación y confirmación de los pasos del proceso, la estabilidad de la producción en masa, etc. Además, la capacitación del personal para el nuevo proceso también es muy importante. Se debe asegurar que el personal de ingeniería en cada enlace esté listo para adaptarse al nuevo esquema de diseño. Airbus cree que la conversión de la fabricación de estructuras anulares del proceso de aleación de aluminio al proceso CFRP no es solo una simple modificación de las piezas existentes, sino un cambio tecnológico en el departamento de helicópteros de Airbus; Entre ellos, el trabajo más desafiante no es cumplir con los requisitos de tolerancia geométrica, sino el desarrollo exitoso de preformas.
En la actualidad, todos los helicópteros H135 de nueva producción están equipados con nuevos marcos anulares de CFRP. Debido a la excelente resistencia a la corrosión y a la fatiga del nuevo marco anular de CFRP, Airbus ha reducido el peso del producto en aproximadamente 0,5 kg, ha mejorado significativamente el rendimiento de seguridad y ha reducido los tiempos de detección y el costo.
