חֲדָשׁוֹת

כבר בשנות ה-50 של המאה הקודמת,מרוכבים מחוזקים בסיבי זכוכיתשימשו ברכיבים שאינם נושאי עומס של שלדות מסוקים, כגון חיפויי מעטפת ופתחי בדיקה, אם כי יישומם היה מוגבל למדי.

פריצת הדרך בחומרים מרוכבים למסוקים התרחשה בשנות ה-60 עם פיתוחם המוצלח של להבי רוטור מרוכבים מחוזקים בסיבי זכוכית. הדבר הדגים את היתרונות הבולטים של חומרים מרוכבים - חוזק עייפות מעולה, העברת עומס רב-מסלולית, מאפייני התפשטות סדקים איטיים ופשטות יציקה בדחיסה - אשר מומשו במלואם ביישומי להבי רוטור. החולשות הטבועות בחומרים מרוכבים מחוזקים בסיבים - חוזק גזירה בין-שכבתי נמוך ורגישות לגורמים סביבתיים - לא השפיעו לרעה על תכנון או יישום להבי הרוטור.

בעוד שלהבי מתכת יש בדרך כלל אורך חיים שאינו עולה על 2000 שעות, להבים מרוכבים יכולים להגיע לתוחלת חיים של יותר מ-6000 שעות, פוטנציאל בלתי מוגבל, ולאפשר תחזוקה מבוססת מצב. זה לא רק משפר את בטיחות המסוקים אלא גם מפחית משמעותית את עלות מחזור החיים המלא של הלהבים, מה שמניב יתרונות כלכליים משמעותיים. תהליך יציקת הדחיסה והריפוי הפשוט והקל לתפעול של מרוכבים, בשילוב עם היכולת להתאים אישית חוזק, קשיחות (כולל מאפייני ריסון), מאפשר שיפורים ואופטימיזציות יעילים יותר של הפרופיל האווירודינמי בתכנון להבי הרוטור, כמו גם אופטימיזציה של הדינמיקה המבנית של הרוטור. מאז שנות ה-70, מחקר על פרופילי להבים חדשים הניב סדרה של פרופילי להבי מסוקים בעלי ביצועים גבוהים. פרופילי להבים חדשים אלה כוללים מעבר מעיצובים סימטריים לעיצובים מעוקלים לחלוטין ואסימטריים, ומשיגים מקדמי הרמה מקסימליים מוגברים משמעותית ומספרי מאך קריטיים, מקדמי גרר מופחתים ושינויים מינימליים במקדמי המומנט. שיפורים בצורות קצה להבי הרוטור - מקצות מלבניות לקצות מחודדות; קצות פרבוליות מעוקלות כלפי מטה; ועד קצוות BERP דקים ומתקדמים - משופרים משמעותית את פיזור העומס האווירודינמי, הפרעות מערבולת, רעידות ורעש, ובכך מגדילים את יעילות הרוטור.

יתר על כן, מתכננים יישמו אופטימיזציה משולבת רב-תחומית של אווירודינמיקה ודינמיקה מבנית של להבי הרוטור, תוך שילוב אופטימיזציה של חומרים מרוכבים עם אופטימיזציה של עיצוב הרוטור כדי להשיג ביצועי להב משופרים והפחתת רעידות/רעש. כתוצאה מכך, בסוף שנות ה-70, כמעט כל המסוקים שפותחו לאחרונה אימצו להבים מרוכבים, בעוד ששיפור דגמים ישנים יותר עם להבי מתכת בלהבים מרוכבים הניב תוצאות יעילות להפליא.

השיקולים העיקריים באימוץ חומרים מרוכבים במבני גוף מטוס של מסוקים כוללים: המשטחים המעוקלים המורכבים של החלק החיצוני של המסוקים, בשילוב עם עומס מבני נמוך יחסית, מה שהופך אותם למתאימים לייצור מרוכבים כדי לשפר את עמידות הנזק המבני ולהבטיח פעולה בטוחה ואמינה; הדרישה להפחתת משקל במבני גוף מטוס עבור מסוקי שירות ומסוקי תקיפה כאחד; ודרישות למבנים לבלימת התרסקות ותכנון חמקן. כדי לענות על צרכים אלה, מכון המחקר הטכנולוגי היישומי של צבא ארה"ב לתעופה הקים את תוכנית גוף המטוס המרוכבים המתקדמים (ACAP) בשנת 1979. משנות ה-80, כאשר מסוקים כמו ה-Sikorsky S-75, Bell D292, Boeing 360 ו-MBB BK-117 האירופי עם גוף מטוס מרוכב לחלוטין החלו בטיסות ניסוי, ועד לשילוב המוצלח של הכנפיים וגוף המטוס המרוכבים של ה-V-280 על ידי Bell Helicopter בשנת 2016, פיתוח מסוקי גוף מטוס מרוכבים לחלוטין עשה צעדים משמעותיים. בהשוואה למטוסי ייחוס מסגסוגת אלומיניום, שלדות מטוסים מרוכבות מספקות יתרונות משמעותיים במשקל שלדת המטוס, בעלויות הייצור, האמינות והתחזוקה, ועומדות ביעדי תוכנית ACAP כפי שמתואר בטבלה 1-3. כתוצאה מכך, מומחים טוענים כי להחלפת שלדות מטוס מאלומיניום במבנים מרוכבים יש משמעות דומה למעבר בשנות ה-40 משלדות מטוסים מבד עץ למבני מתכת.

מטבע הדברים, היקף השימוש בחומרים מרוכבים במבני גוף מטוס קשור קשר הדוק למפרטי תכנון המסוקים (מדדי ביצועים). כיום, חומרים מרוכבים מהווים 30% עד 50% ממשקל מבנה גוף המטוס במסוקי תקיפה בינוניים וכבדים, בעוד שמסוקי תובלה צבאיים/אזרחיים משתמשים באחוזים גבוהים יותר, ומגיעים ל-70% עד 80%. חומרים מרוכבים משמשים בעיקר ברכיבי גוף המטוס כגון זרוע הזנב, מייצב אנכי ומייצב אופקי. הדבר משרת שתי מטרות: הפחתת משקל וקלות יצירת משטחים מורכבים כמו מייצבים אנכיים בעלי צינורות. מבנים לבלימת התרסקות משתמשים גם בחומרים מרוכבים כדי להשיג חיסכון במשקל. עם זאת, עבור מסוקים קלים וקטנים בעלי מבנים פשוטים יותר, עומסים נמוכים יותר ודפנות דקות, השימוש בחומרים מרוכבים לא בהכרח יהיה חסכוני.