复合材料助力贝尔V-280

复合材料助力贝尔V-280

贝尔为未来军用直升机设计的组合机翼采用混合金属复合材料结构和大腔室碳芯技术。

贝尔V-280 Valor以其280节的巡航速度命名。

• V-280的最高速度为300节，击败了目前“最快军用直升机”的冠军欧洲直升机公司的X3（255节）。【1节=1.852公里/小时】

• 据报道，使用大腔室碳芯技术“制成一大块”

• 的粘合复合材料机翼，与缩小到类似尺寸的V-

• 22机翼相比，成本降低了30%以上。

• 与使用封闭式模具相比，由铺在开放式模具中的复合材料宽幅材料加工而成的复合材料轮毂轭架可降低50%的成本。

• V-280将使用Eagle Technologies，LLC制造的首款全碳倾转旋翼机主叶片。

联合多角色（JMR-Joint Multi-Role）技术演示器（TD-Technology Demonstrator）将使技术成熟并帮助完善未来垂直起降（F VL-Future Vertical Lift）计划的要求。

未来垂直起降

未来垂直起降（FVL- Future Vertical Lift ）计划旨在为所有美国武装部队开发四种不同尺寸的新型、更快、更敏捷的垂直起降（VTOL-vertical takeoff and landing ）直升机：轻型、中型、重型和超大型。自2004年以来，FVL一直是陆军UH-60黑鹰、AH-64阿帕奇、CH-47奇努克和OH-58基奥瓦直升机以及海军MH-60海鹰的替代品。然而，与F-35 Lighting II联合攻击战斗机的最初目标类似，FVL系列中设想的多平台的设计不仅仅是为了取代旧直升机，而是为了执行以前由于预期的射程、速度和高科技系统的集成而不可能完成的任务。

FVL的前身是联合多功能（JMR-Joint Multi-Role）技术演示器（TD-Technology Demonstrator）阶段。2013年6月，贝尔直升机公司（美国德克萨斯州沃思堡）宣布，其与洛克希德·马丁公司（美国马里兰州贝塞斯达）共同开发的V-280 Valor（勇士）设计已被美国陆军选中用于JMR-TD。

280节巡航

V-280的名字来源于其280节（320英里/小时；520公里/小时）的巡航速度。贝尔公司目前为美国海军陆战队和美国空军生产V-22鱼鹰倾转直升机，该公司将V-280描述为第三代倾转旋翼机，该直升机吸取了其55年设计和制造此类直升机的经验教训。V-280被吹捧为速度和航程是现有直升机的两倍，据报道，其最高速度为300节（350英里/小时；560公里/小时），航程为2100海里（2400英里；3900公里），作战航程为500至800海里（580至920英里；930至1480公里）。它将有4名机组人员，最多可携带14名士兵。

与被认为完成了近20万飞行小时的V-22不同，V-280的发动机不旋转。相反，发动机在转子和传动轴倾斜时保持原位。传动轴穿过直翼——V-22有一个后掠翼——在发动机熄火的情况下，允许两个螺旋桨转子由一个发动机驱动。

V-280机翼、轮毂和旋翼叶片使用特定的复合材料以实现重量和成本节约。

降低重量和成本的复合材料

另一个关键区别是强调减轻V-280与V-22的重量，这将通过在机翼、机身和尾部使用碳纤维增强复合材料来降低其成本。例如，据报道，机翼蒙皮和肋骨粘合在一起，与缩放的V-22机翼相比，成本降低了30%以上。

据报道，复合材料部件也更加规格化，能够实现更少、更大、更轻的零件，这是由大腔室碳芯技术实现的，该技术被描述为刚性和轻质的碳纤维蜂窝夹层结构。

据报道，贝尔预计V-280的成本与AH-64E或MH-60M大致相同。它将把自己定位在鱼鹰的对手，鱼鹰的圆盘载荷比直升机高，悬停效率比直升机低，而是使用较低的圆盘载荷和较长的机翼，以获得更高的悬停和巡航效率。盘载荷（盘载荷）是通过将直升机总重量除以其盘面积来计算的，即其旋翼叶片扫过的面积。较高的磁盘负载意味着需要更多的功率来维持转子速度，而较低的磁盘负载则表示更好的升力推力效率。换句话说，V-280应该在不大幅提高价格的情况下提供更高的运营效率。

合作伙伴和复合材料

贝尔V280团队有11个投资伙伴，其中包括洛克希德·马丁公司。负责主要部件和复合材料技术的人员的作用概述如下。

贝尔倾转旋翼机的主要部件包括碳纤维复合材料机翼、螺旋桨旋翼变速箱和旋翼轮毂的复合材料轭架。据报道，该机翼是一体式生产的，是贝尔V280项目总监基思·弗莱尔（Keith Flail）首次使用大孔碳芯复合材料，将其描述为碳纤维蒙皮和蜂窝的三明治，实现了简单性和轻质性。他说，建造了两个测试机翼箱来验证制造工艺、强度和刚度。据报道，这种结构还可以立即检测到机翼的损坏。

据弗莱尔介绍，轮毂轭架据说是由复合材料宽幅材料在开放式模具中铺方而成，并在边缘周围进行加工，与使用封闭式模具相比，成本降低了50%。他指出，V-280还将使用第一个全碳倾转旋翼桨叶，以提高可靠性、降低成本和提高空气动力学性能。

Eagle Technologies生产V-280的全碳转子叶片并从2008.12.开始，在短短16周内为西科斯基公司建造了S-97模型。

Eagle Technologies，LLC（美国弗吉尼亚州纽波特纽斯）将生产全碳纤维复合材料倾转旋翼桨叶。Eagle为Sikorsky X2和S-97 Raider直升机原型生产了先进的复合材料主旋翼叶片，为波音幻影眼（Phantom Eye ）高空长航时（HALE-  high altitude long endurance）无人机系统（UAS- unmanned aerial system）生产了螺旋桨叶片，并为Sikorski、波音、诺斯罗普·格鲁曼和洛克希德·马丁等公司生产了各种复合材料部件。

GKN（英国雷迪奇）正在使用金属和复合材料的组合来生产V型尾翼结构和舵，旨在为机身提供先进的机动性和控制。第一个V型尾翼计划于2016年初与机身对接。该公司还生产CH-53K直升机尾部过渡部件，这是一个由1000多个零件组成的复杂机身部分，长6米，宽3米，高3米。它具有先进的铝和钛混合复合结构，覆盖着外部复合蒙皮，复合材料占其重量的≈50%。

AGC复合材料和航空结构公司（美国俄克拉荷马城）正在制造机翼整流罩。据AGC总裁兼首席执行官里克·阿姆斯特朗（Rick Armstrong）介绍，整流罩的开发是该公司美国工厂之间的合作成果。其中包括爱达荷州海登的工厂，以前是Unitech Composites（2007年被AGC收购），以及位于俄克拉荷马州俄克拉荷马城的AGC航空航天和国防总部。AGC由Edgewater Funds和Acorn Growth Companies拥有，为传统武器系统生产定制的、减轻重量的复合材料结构，为目前正在生产的飞机生产复合材料细节和组件，为飞机发动机生产精密的异国金属组件，为售后备件项目生产合金金属零件上的飞机结构熔焊（ASFW- aircraft structural fusion welding ）。该集团还在德比、波特兰和英国约维尔设有工厂

Spirit 为V-280设计和建造复合材料机舱和驾驶舱。

Spirit 国防和合同高级副总裁菲利·安德森（Phil Anderson）   表示，该公司的自动铺丝机可提供具有成本效益的大型碳纤维部件。

Spirit AeroSystems（美国堪萨斯州威奇托）正在建造V-280复合材料机身。贝尔V-280项目总监基思·弗莱尔（Keith Flail）表示，从设计到交付第一架机身只花了22个月的时间，只需要最少的工具。其他高速使能因素是决定性的组装和激光对准。行列式装配涉及在公差范围内设计在预定接合处装配在一起的部件，以消除手动测量、调整和固定。弗莱尔声称，整个机身只使用了三个硬垫片，他说其特点是金属框架上的复合材料蒙皮。第一架机身目前正在贝尔位于德克萨斯州阿马里洛的工厂进行最终组装。

机身很可能是使用自动铺丝（AFP）制造的。“我可以提供主承包商结构，”Spirit的国防和合同高级副总裁菲利·安德森（Phil Anderson）在2014年威奇托鹰报的一篇文章中解释道。站在Spirit研发设施的大型AFP系统前，他补充道：“这台机器可以以非常实惠的价格交付，可能比他们自己能做的更好。” 安德森曾是Spirit的首席财务官，于2013年担任现职，负责加强公司的防御工作。该公司还使用复合材料为Sikorsky的CH-53K直升机机身建造主要的结构驾驶舱和机舱部件。

以色列航空航天工业公司（IAI，以色列特拉维夫）正在提供硬件，贝尔公司正在用这些硬件在其阿马里洛工厂建造机舱。在V-280上，只有螺旋桨变速箱旋转，发动机保持水平。弗莱尔说，发动机舱是一个挑战，因为由于设计变化，它们是最后一个成熟的，但需要第一个发布用于制造。贝尔的新闻稿指出，IAI使用先进的自动化技术降低成本是V-280团队整体表现的关键。

IAI还提供座椅，据报道，这些座椅使用无线技术为部队的无线电充电。它已经为贝尔525 Relentless提供了使用先进复合材料制成的防撞座椅。IAI还为固定翼飞机和地面作战车辆生产此类座椅。

通用电气（美国俄亥俄州辛辛那提市）正在为演示车提供T64发动机，据报道，该演示车正在北卡罗来纳州MCAS Cherry Point进行大修和验收测试。第二台发动机和另外两台备件计划于2016年交付。

Lord Corp.（美国北卡罗来纳州卡里）正在提供弹性轴承（elastomeric bearings ），这是V-280直径35英尺扑动能力提高的关键。螺旋桨转子，与V-22相比有所改进。弗莱尔说，这可以提高低速敏捷性，在飞机模式下轴承的轻载可以延长其寿命。

东丽复合材料美国公司（TCA，Tacoma，WA，US）于2015年9月签署了一项协议，为贝尔直升机项目提供碳纤维预浸料。虽然最初的材料供应将用于贝尔525无情计划，但预计V-280也可能使用TCA碳纤维复合材料。

竞争对手与进展

尽管贝尔与波音公司合作生产V-22，但对于JMR-TD来说，这两家公司是竞争对手，波音公司与西科斯基公司合作生产了SB-1 Defiant。当然，随着洛克希德·马丁公司对西科斯基公司的收购现在完成，所有这些都变得更加有趣。作为贝尔V-280的合作伙伴，洛克希德·马丁公司赢得FVL的机会似乎相当大。AVX直升机和Karem直升机也是陆军授予技术投资协议的4个团队之一，旨在从2017年开始飞行技术演示。

V-280在得克萨斯州沃思堡举行的2013年美国陆军航空协会年度专业论坛和博览会上正式亮相，预计将于2017年首次飞行。贝尔直升机公司首席执行官

约翰·加里森（John Garrison）表示，他的团队正在按计划进行，并实现了其可负担性和可持续性目标。

原文见，《Composites help Bell V-280 toward uture Vertical Lift》 2016.2.10

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                             杨超凡    2024.9.14