开发革命性的全复合材料直升机机轮

目前，全球直升机机轮市场主要是采用轻质的金属合金材料，通常是铝或镁，这些材料的密度相对较低，在确保机轮轻质的同时，还提供了足够的强度和刚度。

最近，由英国创新机构 Innovate UK共同资助的一个新项目，在先进复合材料结构的专业公司Carbon ThreeSixty的领导下，正在开发一种革命性的全复合材料的直升机机轮。

这一名为NATEP的项目，从2021年1月1日启动，为期18个月，旨在利用联盟的综合专业知识，来设计、开发和制造一种超低重量、坚固且经过概念验证的碳纤维增强塑料（CFRP）的飞机机轮，用于旋翼飞机。

由CFRP制成的机轮能提供显著增强的力学性能，该材料的密度大约只有金属的一半

由CFRP制成的飞机机轮，能提供显著增强的力学性能，该材料的密度大约只有金属的一半。与铝合金相比，由CFRP制成的机轮更轻、性能更高且使用寿命更长。

现有的轻金属合金直升机轮子，可能会遭受不希望的疲劳破损，而且还不得不承受相对恶劣的环境，从而要求在飞机使用寿命期间作定期的预防性维护和维修保养。

而先进复合材料的纤维微观结构和树脂稳定性，则意味着可以通过优化设计来显著提高疲劳寿命和耐腐蚀性能，而且这种材料要比锻铝轻约30%～40%，并能够改善NVH性能。

重量的降低使得飞机的飞行效率更高、运行距离更长且负载能力更强，这为选择使用低功率密度的推进系统如电池电力带来了可能。复合材料的机轮还可以与现有机轮互换，用于翻新改造。

Carbon ThreeSixty公司的总经理Ed Allnutt表示：“将先进的复合材料与工艺技术用于飞机机轮的制造，这是高度创新的重要一步。我们在其他复合材料轮子的应用中所积累的经验表明，与锻铝相比，减轻30%～40%的重量完全可以实现。我们相信，先进复合材料飞机机轮的关键卖点在于疲劳寿命和失效模式的改善，这将延长机轮的使用寿命，并提高安全性能。”

该项目将采用尖端的复合材料制造技术，如订制的纤维铺放（TFP）、编织和非热压罐工艺，以确保生产的可重复性和可扩展性，同时，利用新的产品和工艺设计，来使合作伙伴们能够保护成功生产这种产品所需的知识产权。

作为该联盟中的一员，NCC 的技术项目负责人Alex Doyle补充道: “在过去的10年里，随着树脂系统韧性的提高、碳纤维价格的降低以及加工过程自动化程度的提高，复合材料的轮子逐渐变得可行，这在汽车车轮市场已经得到了见证。当然，航空应用更具挑战性。成本的变化，加上技术的进步，是当前复合材料轮子在航空领域的应用变得切实可行的主要原因。”

该项目的研究范围包括提出直升机机轮的规范要求，以及进行设计、开发、制造、检验和测试，所考虑到的所有航空要求，都要与Leonardo Helicopters UK公司为一个秘密平台提供的规范保持一致。

“我们非常希望能参与这项技术的开发。使用复合材料，可以使每个5kg重的合金轮子减轻大约 1.5kg 的重量，这样，一架飞机4个轮子就可以减轻6kg 的重量，意味着飞机在超过12000小时的使用寿命期间几乎能节省 1000 加仑的燃料，相当于减少了大约12吨的CO2排放量。” Leonardo Helicopters UK公司Adrian Smith表示。

该项目的最终成果将包括12个经过完全测试验证的概念机轮，以及一种设计、制造方法。