Airbus는 H135 헬리콥터의 원래 알루미늄 합금 링 프레임을 탄소 섬유 강화 폴리머 (CFRP)를 원료로 사용하여 멀티 피스 결합 된 프리폼 및 일회성 붓기 공정을 사용하여 성공적으로 대체했습니다.
응급 의료 서비스 / 항공 구급차 헬리콥터로서 Airbus H135 라이트 트윈 엔진 헬리콥터는 높은 신뢰성, 다기능 및 비용 이점으로 인해 Airbus의 유사한 제품 중 가장 낮은 운영 및 유지 보수 비용을 가진 헬리콥터가되었습니다. 현재 1350 개 이상의 H135가 60 개 이상의 국가 또는 지역에서 사용되고 있으며 300 개 이상의 운영자에게 서비스를 제공합니다. 그러나 H135의 비행 시간이 증가함에 따라 관련 정기 작동 및 유지 보수 데이터에 따르면 CFRP 테일 빔과 CFRP 테일 로터 실드를 연결하는 알루미늄 합금 환형 프레임은 피로와 부식이 발생하기 쉽고 이로 인해 작동 및 유지 보수 감지 비용이 직접 증가합니다. 비용을 절감하고 차체의 안전을 보장하기 위해 Airbus는 환형 프레임의 부식 및 피로 저항에 대한 새로운 공정 설계 계획을 연구하기 시작했습니다.
Airbus는 처음에는 티타늄 합금을 기반으로하는 계획을 고려했지만 티타늄 합금 방식의 가공 공정 및 원자재는 알루미늄 구성표보다 비쌉니다. 따라서 종합 R & D 팀은 프리프레그, VAP (vacuum assisted perfusion) 및 RTM (resin transfer 몰딩) 공정을 사용하여 CFRP를 기반으로 한 새로운 설계 체계를 개발했습니다. 계산 후 새로운 방식의 무게는 알루미늄 방식과 비교하여 25 % 감소하고 티타늄 합금 방식에 비해 비용이 50 % 감소하여 감지 및 유지 보수 비용이 크게 절감됩니다.
엔지니어는 테일 빔과 테일 로터 실드의 기존 설계를 변경할 수 없으며 환형 프레임은 테일 빔과 테일 로터 실드를 연결하는 주요 구조입니다. 따라서 CFRP 환형 프레임은 원래 알루미늄 프레임과 동일한 연결 표면 및 기하학적 치수를 가져야하므로 설계 체계의 자유가 크게 제한됩니다. 의사 소통 및 평가를 통해 엔지니어링 팀과 설계, 스트레스 및 생산 엔지니어는 마침내 R & D 비용 및 후속 배치 제조 비용을 최소화하기 위해 실제 생산에 널리 사용 된 표준 사양 재료를 사용하기로 결정합니다. 그 중에서도 새로운 계획에 사용 된 American Hexcel 회사의 g0986 twill 탄소 섬유는 Airbus의 다른 헬리콥터 프로젝트의 쏟아지는 성형에 널리 사용되었습니다. 쏟아지는 수지는 해치 회사의 한 구성 요소 rtm6 에폭시 수지로, 이미 에어 버스 헬리콥터 회사의 수지 붓기 및 RTM 인증을 통과했습니다.
링 프레임 형상의 극단적인 배치성이 없기 때문에 엔지니어들은 성형 중 주름을 피하기 위해 프리폼에 추가 컷과 노치를 설계했습니다. 그 후, 엔지니어들은 내부 플랜지의 압축 강도를 테스트하고, 정적 및 동적 인장 테스트를 통해 CFRP 환형 프레임의 전개 용량과 CFRP 환형 프레임과 강화되지 않은 폴리머 거셋 플레이트 사이의 인터페이스를 검증했습니다. 테스트 결과는 새로운 CFRP 링 프레임 설계가 매우 견고하고 예상 부하를 안전하게 처리 할 수 있음을 보여줍니다.
수지 붓기를 위해 엔지니어링 팀은 아래 그림과 같이 네 가지 프리폼을 개발했습니다. 그 중에서도, No. 3 예비성형체는 두 부분 A 및 B를 포함한다; 예비성형체 No. 4는 t-영역의 연결을 보장하기 위한 비강화 폴리머 거셋 플레이트이다.
네 가지 프리폼의 경우, 엔지니어링 팀은 해당 특수 툴링을 개발한 다음, 모든 프리폼과 환형 거셋 플레이트를 최종 경화 공구로 조립했습니다. 최종 완전한 경화 공구는 회색베이스 플레이트에 고정 된 파란색 공구, 여러 부품으로 접합 된 녹색 링 툴링 및 주황색 및 노란색 상단 링 툴링을 포함하여 알루미늄 합금으로 만들어집니다. 다중 부품 접합 툴링의 설계 목적은 경화 및 냉각 중에 툴링 냉각으로 인한 수축력을 방지하는 것입니다.
라미네이트 및 툴링 조립을 완료 한 후 엔지니어링 팀은 수지 붓기에 가장 전형적이고 비용 효율적인 VAP 공정 체계를 사용합니다. 경화, 냉각 및 탈형 단계 후, 팀은 부품의 가장자리에 대한 마무리 가공을 수행 한 다음 후속 리벳 작업을 위해 고정밀 드릴링을 수행합니다. 환형 프레임과 테일 빔 및 테일 로터 쉴드 사이의 연결 정확도를 보장하기 위해 연결의 설계 허용 오차는 내에서 제어되어야한다.±0.4mm. 유한 요소 분석 결과는 새로운 계획의 다이 설계 결과가 "일회성 성공"이며 공차 요구 사항을 충족시킬 수 있음을 보여줍니다.
Airbus의 CFRP 링 프레임에 대한 새로운 설계는 약 일 년 전에 완료되었지만 알루미늄 합금에서 복합 재료로 변경하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. 회사는 설계의 합리성, 공정 단계의 검증 및 확인, 대량 생산의 안정성 등과 같은 많은 문제를 고려해야합니다. 또한 새로운 프로세스에 대한 직원 교육도 매우 중요합니다. 각 링크의 엔지니어링 담당자가 새로운 설계 체계에 적응할 준비가 되었는지 확인해야 합니다. Airbus는 링 프레임 제조를 알루미늄 합금 공정에서 CFRP 공정으로 전환하는 것은 기존 부품의 간단한 수정 일뿐만 아니라 Airbus 헬리콥터 부서의 기술적 변화라고 생각합니다. 그 중 가장 어려운 작업은 기하학적 공차 요구 사항을 충족시키는 것이 아니라 프리폼을 성공적으로 개발하는 것입니다.
현재 새로 생산 된 모든 H135 헬리콥터에는 새로운 CFRP 링 프레임이 장착되어 있습니다. 새로운 CFRP 링 프레임의 우수한 내식성과 피로로 인해 Airbus는 약 0.5kg의 제품 무게를 줄이고 안전 성능을 크게 향상 시키며 감지 시간과 비용을 줄였습니다.
